王燕妮 李傳偉

1威海市立醫(yī)院 （ 威海 264200）

2威海職業(yè)學(xué)院 （ 威海 264210）

從事醫(yī)療測量設(shè)備開發(fā)的技術(shù)人員和使用醫(yī)療測量設(shè)備的醫(yī)護(hù)人員，都知道干擾信號是影響測量結(jié)果的主要原因。對于測量中出現(xiàn)的各種無用信號我們稱之為噪音，它對正常的有用信號的

1.醫(yī)用測量設(shè)備常見干擾

傳輸進(jìn)行擾亂，使得測量出現(xiàn)誤差。對此我們可以采取屏蔽、濾波等多種抗干擾技術(shù)來抑制噪聲，因此醫(yī)用測量設(shè)備的抗干擾技術(shù)十分重要。

1.1 常見干擾方式

通常干擾分為差模干擾、共模干擾和串模干擾。差模干擾就是線與線之間的干擾，如電源相線與中線之間的干擾。對三相電路而言，相線與相線之間的干擾也是差模干擾。差模干擾有時也稱為常模干擾、橫模干擾或?qū)ΨQ干擾，這是載流體之間的干擾。共模干擾一般指在兩根信號線上產(chǎn)生的幅度相等，相位相同的噪聲，往往是指同時加載在各個輸入信號接口段的共有的信號干擾，共模干擾是在信號線與地之間傳輸，屬于非對稱性干擾。串模干擾是指干擾電壓與有效信號串聯(lián)疊加后作用到儀表上的，串模干擾通常來自于高壓輸電線、與信號線平行鋪設(shè)的電源線及大電流控制線所產(chǎn)生的空間電磁場。

表1. 醫(yī)用測量設(shè)備常見干擾

1.2 常見干擾種類

醫(yī)療測量設(shè)備常見干擾表現(xiàn)的形式很多，可以從持續(xù)期很短的尖峰干擾到電源的完全丟失，概括起來包括自然干擾和人為干擾，常見干擾如表1所示。

1.3 干擾對醫(yī)療測量儀器設(shè)備的影響

各種與人體直接接觸的醫(yī)療測量設(shè)備，如心腦電圖機(jī)、監(jiān)護(hù)儀、超聲診斷儀等，是直接檢測人體生物電信號的儀器設(shè)備。由于測量信號非常微弱，受到干擾就會在檢測結(jié)果上產(chǎn)生似于某些病變的畸變造成誤診，同時還會引起微電擊，嚴(yán)重時還有生命危險。對于帶有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的測量儀器，當(dāng)共模干擾中的尖峰干擾幅度達(dá)到2V～50V，時間持續(xù)數(shù)微秒時，可引起計(jì)算機(jī)邏輯錯誤、信息丟失等。強(qiáng)磁場會使顯像管、X線影像增強(qiáng)管顯示圖象變形失真，加速器射線偏移，計(jì)算機(jī)磁盤記錄數(shù)據(jù)破壞，呼吸機(jī)工作失靈，心臟起博器工作失效等。

2.提高醫(yī)用測量設(shè)備的抗干擾能力

2.1 醫(yī)用測量設(shè)備電路設(shè)計(jì)要合理

測量設(shè)備電路要選擇合適的工作點(diǎn)，這樣干擾就會小，如圖1所示。在電路中接入R3和電容C，因?yàn)榱鬟^R1和R2電流較大，從而產(chǎn)生低頻噪聲較大，C的接入是將此噪聲短接入地；而R3的接入避免基極信號短接入地，R3上的低頻噪聲干擾就不能加V管基極，故產(chǎn)生的低頻噪聲干擾就很小。

2.2 選擇的元器件噪聲要低

采用穩(wěn)壓二極管做電源在使用時，應(yīng)選用齊納穩(wěn)壓二極管，并在穩(wěn)壓管兩端并接一個大電容，這樣部分干擾信號可以通過電容接入大地，能夠進(jìn)一步減小干擾信號，進(jìn)一步減小電源干擾信號對電路的影響。同樣還可以選用溫度系數(shù)較小的元器件或無電感器件等來抑制干擾信號。

圖1. 噪聲干擾消除電路

圖2. 電源濾波電路原理圖

圖3. 電磁干擾形成

2.3 選擇適宜的濾波器

合適的濾波器在電路中能夠減小電路的干擾信號，對于電路中的電源噪聲干擾就可以采用濾波器濾除干擾信號。正常頻率在100Hz，當(dāng)頻率較大時意味著出現(xiàn)故障了，干擾信號也就隨之增大，就需要濾除干擾噪聲信號，如圖2所示，只有進(jìn)行RC濾波，才能為A1、A2提供電源。

2.4 濾除寄生耦合干擾

我們知道電源內(nèi)阻不可能為零，因此電路中的各種信號通過電源內(nèi)阻R0時會產(chǎn)生壓降。這個交流壓降信號會隨直流送到各級電路中，產(chǎn)生寄生耦合，寄生耦合在電路中能夠形成正反饋，對于電路中的儲能元件，還會形成振蕩。為了防止寄生耦合的干擾，可以采用RC濾波電路。當(dāng)電路工作頻率較高時，則可采用LC濾波電路來濾除寄生干擾。在每級電路的大容量電解電容旁邊并聯(lián)一個相對較小的非電解電容，在高頻時能夠形成較大的阻抗，可消除寄生電感產(chǎn)生的干擾。

2.5 減小電子儀器內(nèi)的配線干擾

醫(yī)療測量儀器內(nèi)部的配線包含電源線、信號線、控制線等，不要捆扎在一起，防止互相產(chǎn)生干擾。對于電磁感應(yīng)來說，盡量將導(dǎo)線遠(yuǎn)離強(qiáng)電設(shè)備及動力網(wǎng)，調(diào)整走線方向及減小導(dǎo)線回路面積都是必要的，調(diào)整走線方向以及兩信號線以短的節(jié)距絞合，干擾電壓就能降為原有的1/10～1/100；對于靜電感應(yīng)來說，當(dāng)把兩信號線采用雙絞合的形式絞扭且使兩根信號線到干擾源的距離大致相等時（常把導(dǎo)線絞成為直徑20倍的節(jié)距），就能使信號回路所包圍的面積大為減小，使電場通過在兩信號線上的感應(yīng)耦合進(jìn)入回路的串模干擾電位差大為減少。

2.6 屏蔽電磁干擾信號

電磁干擾多來源于空間電磁耦合形成，有靜電干擾和電磁干擾。干擾源通過分布電容產(chǎn)生干擾信號，電容值越大，產(chǎn)生的干擾就越大。對于弱信號的測量，信號引線要盡量短，盡量減小分布電容和寄生電感。電磁干擾是干擾源與被干擾源器件之間耦合產(chǎn)生，如圖3所示。有外部電磁干擾和測量儀器內(nèi)部器件產(chǎn)生的干擾，儀器內(nèi)部帶磁芯的電感和變壓器等都是重要的干擾源，對電磁干擾最敏感，為減小電磁干擾，要對電磁敏感器件進(jìn)行屏蔽，如把干擾源置入用金屬做成的屏蔽盒內(nèi)。對于線路中的高頻振蕩電路，也可加裝屏蔽盒來抑制干擾。

2.7 醫(yī)療測量設(shè)備的接地

醫(yī)用測量設(shè)備的接地電阻要小，一般接地電阻應(yīng)不大于0.1～0.3Ω，這樣可以確定基準(zhǔn)電位并且能保護(hù)操作人員避免觸電。接地點(diǎn)選擇不當(dāng)就會使接地點(diǎn)電位發(fā)生變化，如果線路的接地阻抗較大，則信號電流流過該阻抗時將會產(chǎn)生壓降，使電路基準(zhǔn)電位發(fā)生變化。另外兩個以上接地點(diǎn)很容易形成閉合環(huán)路，兩接地點(diǎn)間電位差和對環(huán)路的電磁感應(yīng)使環(huán)路中出現(xiàn)電流從而產(chǎn)生電壓降，也會使電路中的基準(zhǔn)電位發(fā)生變化。因此要抑制接地不當(dāng)引起的干擾，就要減小接地阻抗，避免接地回路出現(xiàn)電流，可采用一點(diǎn)接地和并聯(lián)接地的方法。對于高頻信號電路要求就近接地，減小接地感抗，接地線過長容易產(chǎn)生振蕩，改變基準(zhǔn)電壓值。

3.強(qiáng)場源下的醫(yī)療測量設(shè)備抗干擾技術(shù)

在輻射環(huán)境下干擾信號都比較強(qiáng)，所產(chǎn)生的強(qiáng)電場、磁場、輻射效應(yīng)、電磁現(xiàn)象等形成復(fù)雜干擾信號和對地電流，嚴(yán)重地影響著醫(yī)療測量設(shè)備的正常工作。

3.1 測量系統(tǒng)內(nèi)部抗干擾技術(shù)

在強(qiáng)場源下的測試儀器為了盡可能減小干擾，應(yīng)該在電路的輸入級采用限幅、鉗位保護(hù)電路和門控自鎖電路等，圖4就是門控自鎖電路，當(dāng)被測試信號被系統(tǒng)接收后通過了門電路，此時門電路被控制信號控制而關(guān)閉，干擾信號就被隔離從而達(dá)到抑制干擾的目的。

在強(qiáng)場源環(huán)境下，要把測試信號傳輸?shù)浇邮沼涗浂耍枰獙y量設(shè)備內(nèi)部的線路進(jìn)行選擇和信號處理，把模擬信號變成抗干擾強(qiáng)的數(shù)字信號進(jìn)行傳輸。

3.2 測量設(shè)備外部抗干擾技術(shù)

在強(qiáng)場源下干擾信號非常大，容易形成很強(qiáng)的電磁干擾。因此對于傳輸電纜需要進(jìn)行屏蔽，通?？梢圆捎秒p屏蔽電纜，內(nèi)屏蔽金屬網(wǎng)懸掛，外屏蔽金屬網(wǎng)接地，這樣可以很好地減小干擾。對于測量設(shè)備探頭和儀器的連接部分是產(chǎn)生干擾的主要部分，因此可以將儀器設(shè)備放置在一個具有屏蔽性好的金屬殼體內(nèi)，而且探頭和儀器連接部分要采取抗干擾措施，如采用屏蔽網(wǎng)來泄漏地電流等產(chǎn)生的干擾，屏蔽層需要接地。

3.3 強(qiáng)場源下接地抗干擾技術(shù)

對于強(qiáng)場源下的接地電阻應(yīng)該越小越好，電纜外部屏蔽網(wǎng)要盡可能一點(diǎn)接地，盡量不要出現(xiàn)多點(diǎn)接地，因?yàn)樵趶?qiáng)場源下兩點(diǎn)接地會有強(qiáng)電流流過，產(chǎn)生很大的電位差，會使傳輸信號的基準(zhǔn)電位發(fā)生變化，產(chǎn)生干擾信號，使得最終結(jié)果產(chǎn)生誤差。

3.4 光電耦合技術(shù)的應(yīng)用

利用光電耦合技術(shù)在強(qiáng)場源下進(jìn)行信號的傳輸，就是利用發(fā)光二極管把電信號轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?，通過光纜或光纖進(jìn)行傳輸，接收器再經(jīng)光電轉(zhuǎn)換，把光信號轉(zhuǎn)換成電信號。因?yàn)樾盘柺峭ㄟ^光進(jìn)行傳輸?shù)模淮嬖陔娖奖壤P(guān)系。在進(jìn)行數(shù)字信號傳輸時可以采用光電耦合技術(shù)，并且能夠有效地抑制干擾。

圖4. 門控電路工作原理

4.結(jié)論

如何盡量減小干擾對醫(yī)療測量儀器的影響，應(yīng)該引起從事醫(yī)療測量儀器開發(fā)研制和使用人員的高度重視。作為設(shè)計(jì)者要精心設(shè)計(jì)，儀器組裝要精益求精；作為使用者，要正確按照設(shè)備使用說明書或技術(shù)說明書安裝、操作，只有這樣才能充分利用抗干擾技術(shù)，有效地減小醫(yī)療測量儀器的測量誤差。

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[3]唐莉萍.電磁兼容與醫(yī)療設(shè)備.中國醫(yī)療器械信息, 2008, 6:43328-329.

[4]于敏.光電隔離技術(shù)在醫(yī)療設(shè)備控制上的應(yīng)用.中國醫(yī)療設(shè)備, 2008,5:41-43.