医疗电磁环境和电磁干扰EMI

一、EMI的一般性质
      世界工业化国家越来越依赖于使用电气和电子设备，无论是在家中，还是在工业和商业中，每个人都受到这种趋势的影响。随着我们的社会越来越依赖于不同类型的电气/电子系统进行日常活动，EMI源的数量和多样性也可望增加; EMI的相应影响可能会变得更加多样化，并且可能更加微妙。

      如果它们对公共健康和安全构成直接威胁，或者如果它们导致关键的电气/电子系统发生故障，例如在医疗保健设施，制造业，通信或国防中，则这些影响尤其引起关注。此外，如果EMI水平超过规定限值，在不引起故障的情况下，这也引起关注，因为它将提供比规范和标准中假设的更严重的EMI环境; 随后引入该环境的新设备和系统因此具有更高的故障概率。

1.通常，影响特定电气或电子系统的EMI源可归入“内部”EMI和“外部”EMI的两个标题下，内部EMI与系统中存在的器件和元件相关联，例如电阻器，晶体管等。

2.外部EMI由相关系统外部的源产生，典型的来源可能是汽车点火系统，荧光灯，电动机或发电机，微型计算机，雷暴，太阳能干扰等。

3.外部EMI通常在EMC环境中具有重要的意义，但是，内部噪声可能会对测量精度产生基本限制。在本文的其余部分，注意力将仅限于EMI的外部来源。

4.EMI的影响是设计师，制造商，进口商，零售商和电气和电子设备用户非常关注的一个原因。这些设备必须设计成在其预期的环境中令人满意地运行，并且不会影响现有设备。换句话说，设备必须设计为具有内置兼容性。

 
二、电磁干扰EMI传播机制
对于引起干扰的电磁干扰，它们必须以某种方式传播。电磁传播的三个主要物理机制是：
1.传导
2.反应耦合
3.辐射。
EMI耦合路径图1：EMI耦合路径的示意图

1、传导
电磁能量可以以共模或差模进行，这可以通过电力电缆，接地导体，信号电缆，天线馈线或其他低阻抗路径。在30 MHz以下的频率下传导干扰的风险更大。高于该频率，传导干扰会受到很大的衰减，并且其他传播机制成为主导。

在医院中，EMI通常可以通过电源分配网络传播。如上所述，所使用的电缆类型及其布局方式会对传导干扰水平产生很大影响。

 
2、无功耦合
电磁能量也可以通过电感或电容的电抗耦合传播。精确的效果取决于距离，方向，尺寸，接地和其他因素，所有这些都将是系统独有的。反应耦合可能存在于系统内或系统之间。

通常，电感耦合倾向于与高电流和低阻抗情况相关联，而电容耦合倾向于在高电压和高阻抗下发生。通常两种类型一起存在。导线之间的无功耦合称为串扰，并且通常在不同类型的电缆长距离捆绑在一起时发生。

 
3、辐射
      对于大约30MHz以上的频率，辐射往往是主要的传播机制。辐射发射器有两种类型：有意和无意。有意发射器，如无线电和雷达，会产生杂散发射及其预期信号。这些可以是预期信号的谐波或互调产物的形式，并且直接与设备的主要功能相关联。实用的无线电发射器也会辐射宽带噪声。无意的发射器，例如个人计算机或晶闸管驱动器，产生的排放是设备主要功能的副产品。

      辐射发射的有用量度是电场强度，通常以伏特/米表示，V / m。对医院EM环境的调查往往发现外部发射器（如无线电和电视桅杆）的场强小于1V / m。标准EN60601-1规定大多数设备的RFI抗扰度高达3V / m，安全关键设备的抗RFI抗性高达10V / m。

应当注意，在任何给定情况下，EMI传播很可能是通过上述机制中的两个或三个的组合，而不是由于单独的单独机制。

 
三、EMI的来源
医院的典型来源包括电机，荧光灯，开关装置和配备开关模式电源的设备。

      电外科，也称为电烙术或手术透热疗法，是医院中EMI的重要来源，超过1A的电流和超过4kV的EMF用于切割和凝结组织。典型频率为500kHz，足够高，不会给患者带来电击。然而，这也意味着设备会以此频率的谐波辐射，特别是在1到10MHz之间。这种类型的设备非常善于产生EMI，它在第二次世界大战期间被用于干扰雷达。它可以在1米处产生40-50V / m的场，使得在同一房间内使用监视器变得困难。起搏器也可能受到影响。屏蔽是不可行的，因为患者构成辐射天线的一部分。但是，通过仔细放置引线可以减少问题。

      SW物理治疗的ISM频率为27MHz ，它将能量沉积到温热的组织。RF信号通常是脉冲的，尽管几乎没有证据表明这对临床有益。这通过解调产生音频信号而产生问题，在电话上产生嗡嗡声。附近的计算，监控和视频设备可能会中断。更好地屏蔽涂抹器可以减少问题。

      EMI的另一个来源是移动无线电发射机 - 蜂窝电话和紧急服务无线电。这些产生非常高的场强但仅在短距离内。理论上，场与天线的距离成反比，可以使用表达式7√P/ d估算，其中P是以瓦为单位的辐射功率，d是以米为单位的距离。然而，有证据表明，医院走廊对辐射具有“指导性”影响，而且这些田地的衰退速度略微慢于此。

20世纪90年代的一些研究表明，各种设备都容易受到移动无线电发射机的RFI影响。幸运的是，手机的EMI不太可能超过2米。高场强不仅由手机产生，还由救护车和其他紧急车辆上的发射器产生。

 
3.4 EMI的受害者
      如果遭受足够大的干扰，任何设备都将失效。数字电路通常更具免疫力，但当它们终这样做时会失败更具灾难性。电路故障不一定对患者有害。监视器上的摇晃图片可能被视为仅仅是一种麻烦，而呼吸机，输液泵或自动除颤器的故障可能是致命的。

      设计用于拾取电场或磁场的设备显然很脆弱，一个例子是配有telecoil选项或'T-switch'的组听器。这使得辅助设备能够从电话中获取磁场，也可以从会议厅，教堂等中的特殊安装的感应环中获取磁场。不幸的是，该系统容易受到来自电机驱动器，电信电缆和计算机监视器的低频辐射场的影响，这些辐射场未被覆盖按EMC标准，因为它们低于150kHz。

生理监测设备容易受到脉冲RF的影响，可以通过放大器电路中的非线性元件进行解调。有些监护仪直接连接到患者，以检测小的生理信号，如下表所示：

表1：小生理信号的测量值
 

众所周知，脑电图对EMI非常敏感，外部起搏器包含ECG传感器，并且已被证明易受TETRA系统的17Hz脉冲率影响，用于私人无线电，目前警方和其他紧急服务部门正在采用这种方式。

主电源设备，包括呼吸机，嘛醉机和注射泵，也可能容易受到主电源的干扰。电池/电源设备采用电池供电，主电源连续充电，对电源电压变化具有很好的免疫力，如跌落和跌落。

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