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

1.醫(yī)用測(cè)量設(shè)備常見干擾

傳輸進(jìn)行擾亂，使得測(cè)量出現(xiàn)誤差。對(duì)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(cè)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(duì)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(shí)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(hào)線上產(chǎn)生的幅度相等，相位相同的噪聲，往往是指同時(shí)加載在各個(gè)輸入信號(hào)接口段的共有的信號(hào)干擾，共模干擾是在信號(hào)線與地之間傳輸，屬于非對(duì)稱性干擾。串模干擾是指干擾電壓與有效信號(hào)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(hào)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(chǎng)。

表1. 醫(yī)用測(cè)量設(shè)備常見干擾

1.2 常見干擾種類

醫(yī)療測(cè)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(duì)醫(yī)療測(cè)量?jī)x器設(shè)備的影響

各種與人體直接接觸的醫(yī)療測(cè)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(cè)人體生物電信號(hào)的儀器設(shè)備。由于測(cè)量信號(hào)非常微弱，受到干擾就會(huì)在檢測(cè)結(jié)果上產(chǎn)生似于某些病變的畸變?cè)斐烧`診，同時(shí)還會(huì)引起微電擊，嚴(yán)重時(shí)還有生命危險(xiǎn)。對(duì)于帶有計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器，當(dāng)共模干擾中的尖峰干擾幅度達(dá)到2V～50V，時(shí)間持續(xù)數(shù)微秒時(shí)，可引起計(jì)算機(jī)邏輯錯(cuò)誤、信息丟失等。強(qiáng)磁場(chǎng)會(huì)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(cè)量設(shè)備的抗干擾能力

2.1 醫(yī)用測(cè)量設(shè)備電路設(shè)計(jì)要合理

測(cè)量設(shè)備電路要選擇合適的工作點(diǎn)，這樣干擾就會(huì)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(hào)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(shí)，應(yīng)選用齊納穩(wěn)壓二極管，并在穩(wěn)壓管兩端并接一個(gè)大電容，這樣部分干擾信號(hào)可以通過電容接入大地，能夠進(jìn)一步減小干擾信號(hào)，進(jìn)一步減小電源干擾信號(hào)對(duì)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(hào)。

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(hào)，對(duì)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(hào)。正常頻率在100Hz，當(dāng)頻率較大時(shí)意味著出現(xiàn)故障了，干擾信號(hào)也就隨之增大，就需要濾除干擾噪聲信號(hào)，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(hào)通過電源內(nèi)阻R0時(shí)會(huì)產(chǎn)生壓降。這個(gè)交流壓降信號(hào)會(huì)隨直流送到各級(jí)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(duì)于電路中的儲(chǔ)能元件，還會(huì)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(shí)，則可采用LC濾波電路來濾除寄生干擾。在每級(jí)電路的大容量電解電容旁邊并聯(lián)一個(gè)相對(duì)較小的非電解電容，在高頻時(shí)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(cè)量?jī)x器內(nèi)部的配線包含電源線、信號(hào)線、控制線等，不要捆扎在一起，防止互相產(chǎn)生干擾。對(duì)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(dòng)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(hào)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(duì)于靜電感應(yīng)來說，當(dāng)把兩信號(hào)線采用雙絞合的形式絞扭且使兩根信號(hào)線到干擾源的距離大致相等時(shí)（常把導(dǎo)線絞成為直徑20倍的節(jié)距），就能使信號(hào)回路所包圍的面積大為減小，使電場(chǎng)通過在兩信號(hào)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(hào)

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(hào)，電容值越大，產(chǎn)生的干擾就越大。對(duì)于弱信號(hào)的測(cè)量，信號(hào)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(cè)量?jī)x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(duì)電磁干擾最敏感，為減小電磁干擾，要對(duì)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(duì)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(cè)量設(shè)備的接地

醫(yī)用測(cè)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(huì)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(hào)電流流過該阻抗時(shí)將會(huì)產(chǎn)生壓降，使電路基準(zhǔn)電位發(fā)生變化。另外兩個(gè)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(duì)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(huì)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(duì)于高頻信號(hào)電路要求就近接地，減小接地感抗，接地線過長(zhǎng)容易產(chǎn)生振蕩，改變基準(zhǔn)電壓值。

3.強(qiáng)場(chǎng)源下的醫(yī)療測(cè)量設(shè)備抗干擾技術(shù)

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

3.1 測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)部抗干擾技術(shù)

在強(qiáng)場(chǎng)源下的測(cè)試儀器為了盡可能減小干擾，應(yīng)該在電路的輸入級(jí)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(cè)試信號(hào)被系統(tǒng)接收后通過了門電路，此時(shí)門電路被控制信號(hào)控制而關(guān)閉，干擾信號(hào)就被隔離從而達(dá)到抑制干擾的目的。

在強(qiáng)場(chǎng)源環(huán)境下，要把測(cè)試信號(hào)傳輸?shù)浇邮沼涗浂耍枰獙?duì)測(cè)量設(shè)備內(nèi)部的線路進(jìn)行選擇和信號(hào)處理，把模擬信號(hào)變成抗干擾強(qiáng)的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸。

3.2 測(cè)量設(shè)備外部抗干擾技術(shù)

在強(qiáng)場(chǎng)源下干擾信號(hào)非常大，容易形成很強(qiáng)的電磁干擾。因此對(duì)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(duì)于測(cè)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(gè)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(chǎng)源下接地抗干擾技術(shù)

對(duì)于強(qiáng)場(chǎng)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(chǎng)源下兩點(diǎn)接地會(huì)有強(qiáng)電流流過，產(chǎn)生很大的電位差，會(huì)使傳輸信號(hào)的基準(zhǔn)電位發(fā)生變化，產(chǎn)生干擾信號(hào)，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(chǎng)源下進(jìn)行信號(hào)的傳輸，就是利用發(fā)光二極管把電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)，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(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。因?yàn)樾盘?hào)是通過光進(jìn)行傳輸?shù)?，不存在電平比例關(guān)系。在進(jìn)行數(shù)字信號(hào)傳輸時(shí)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(duì)醫(yī)療測(cè)量?jī)x器的影響，應(yīng)該引起從事醫(yī)療測(cè)量?jī)x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(cè)量?jī)x器的測(cè)量誤差。

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