1、0,電磁干擾及電磁相容導(dǎo)論,陳金德 錢嘉宏,1,電磁波緒論,2,電磁波特性,電磁波傳播速度( c )= 頻率( f ) 波長 ( ) c =3 108 m/sec f : 1/sec : m (公尺) 振幅 : 能量強(qiáng)度 相位 02,3,輻射種類,輻 射 是 能 量 傳 播 的 一 種 方 式 ， 例 如 ： 太 陽 光 、 燈 光 、 熱 等 都 是 輻 射 。 廣 義 的 輻 射 依 能 量 的 不 同 ， 可 分 為 非 游 離 輻 射 與 游 離 輻 射 . 非 游 離 輻 射 的能量較低，如太陽光、微波及無線電波 游 離 輻 射 的能量較高（ 約大於12.4 KeV ）可將物質(zhì)游離產(chǎn)

2、生荷電的 正負(fù)離子包括粒子輻射（ 如、中子等) 及電磁輻射 (如X-射線、-射線 ）。其中粒子是氦核帶正電、電子 帶負(fù)電；中子、X-射線及-射線則不帶電 。,4,電磁波頻譜,5,電場與磁場,6,輻射近場與遠(yuǎn)場,7,輻射天線之空間輻射電磁場強(qiáng)度估算公式,E = 30 GP / r H=E/377 B=0H P :為天線輸出功率， 單位為 W r :為量測點與輻射天線間之距離，單位為 m G : 為輻射天線增益(Gain)；偶極性天線，其值約為 1.51.6 B : 為磁通密度，單位為 特斯拉(Tesla), 1 Tesla=10,000 高斯(Guass,G ) 0 :為空氣磁化係數(shù)，其值為4

3、* 10-7 H/m,8,空間射頻輻射電磁場功率密度估算公式,1.已知空間射頻輻射電場強(qiáng)度 E (V/m)者 功率密度 Pd= E2/377 W/m2，與電場強(qiáng)度平方成正比 2.已知空間射頻輻射磁場強(qiáng)度 H (A/m)或 磁通密度 B (Tesla)者 功率密度 Pd= 377*H2 =377*(B/0)2 W/m2，與磁場 強(qiáng)度或磁通密度平方成正比,9,導(dǎo)線電流產(chǎn)生周圍磁通密度之估算公式(1),帶有電流之單一長導(dǎo)線 I r 距離導(dǎo)線 r 公尺之磁通密度(B)= 0I/(2r) Tesla，與距離成反比 若導(dǎo)線電流為 1 安培 則距離導(dǎo)線 10 公分之磁通密度為 20 毫高斯(mG) 距離導(dǎo)線

4、 1 公尺之磁通密度為 2 毫高斯(mG) .,10,導(dǎo)線電流產(chǎn)生周圍磁通密度之估算公式(2),帶有電流之雙長導(dǎo)線，且各導(dǎo)線電流大小相同但方向相反，如一般設(shè)備之電源線 I d I r 兩導(dǎo)線距離 d 公尺，若 r d，每一導(dǎo)線所產(chǎn)生之磁場方向相反 而抵消，則距離導(dǎo)線 r 公尺之磁通密度(B)= 0Id/(2r2) Tesla ，與距離平方成反比 若導(dǎo)線電流為 1 安培，兩導(dǎo)線相距 2 公分 則距離導(dǎo)線 10 公分之磁通密度為 4.0 毫高斯(mG) 距離導(dǎo)線 1 公尺之磁通密度為 0.04 毫高斯(mG),11,電磁場屏蔽策略,靜磁場屏蔽 靜電場屏蔽-使用良好導(dǎo)體材料(即導(dǎo)電係數(shù)很大)，如銅、

5、鋁等，即可達(dá)到幾乎完全屏蔽效果 低頻磁場(或準(zhǔn)靜磁場)屏蔽 低頻電場(或準(zhǔn)靜電場)屏蔽 高頻遠(yuǎn)場平面輻射電磁場(Plane EM Field)屏蔽,12,靜磁場屏蔽,13,.仍以磁性材料為主要屏蔽材料 .使用非磁性導(dǎo)體作為屏蔽材料，會在導(dǎo)體表面感應(yīng)電流而形成反向磁場，抵消原先磁場一部份；此反向磁場大小會隨頻率增加而增加，增強(qiáng)屏蔽效果。同時若此屏蔽材料距離低頻磁場源愈遠(yuǎn)，屏蔽效果愈大 .基本上，低頻率之低波阻抗(Low Wave Impedance)磁場很難使用屏蔽材料來達(dá)到屏蔽效果,低頻磁場(或準(zhǔn)靜磁場)屏蔽,14,低頻電場(或準(zhǔn)靜電場)屏蔽,15,高頻遠(yuǎn)場平面輻射電磁場(Plane EM F

6、ield)屏蔽,16,電磁相容,17,電磁相容工作環(huán)境,18,電磁相容相關(guān)名詞釋義,1. 電磁相容(ElectroMagnetic Compatibility, EMC)的定義 某一設(shè)備或系統(tǒng)，或很多設(shè)備同時運作時，在電磁環(huán)境中滿足 其操作性能而不致產(chǎn)生難以承受環(huán)境中電磁干擾的能力。 2. 電磁干擾(ElectroMagnetic Interference, EMI)的定義 某一設(shè)備或系統(tǒng)在操作過程中，出現(xiàn)不利於其他電子設(shè)備或系 統(tǒng)運作功能的訊號，而此訊號是不想要的且是無意義的。 3. 電磁感受性(ElectroMagnetic Susceptibility, EMS)的定義 裝置、設(shè)備或系統(tǒng)

7、不會因周圍電磁干擾而產(chǎn)生性能劣化的能力。 4. 劣化的定義 設(shè)備或系統(tǒng)之操作性能因電磁干擾而產(chǎn)生不期望的改變。劣化 不表示故障或完全之毀壞。,19,EMI 及 EMS 之定義,EMI,EMS,20,形成電磁干擾問題之三個要素,電磁干擾源,電磁傳遞途徑,電磁感受體,21,電磁波傳遞途徑或介質(zhì),電磁波傳遞的途徑有三種： 1.空間輻射(Radiation) 電磁波經(jīng)由空間(Space)傳遞。 輻射波極易從儀器外框之極小不完整細(xì)縫(Seam)、接續(xù)(Joint)、 通風(fēng)孔、屏蔽不良的控制或顯示面板、輸入/輸出接頭、以及電 纜接線等，洩漏至儀器外面或進(jìn)入至儀器內(nèi)部。 2.導(dǎo)體直接傳導(dǎo)(Conductio

8、n) 電磁波經(jīng)由電源線、輸入/輸出訊號線、接地線等電路導(dǎo)體傳遞。 3.耦合感應(yīng)(Induction) 電磁波經(jīng)由近場(Near Field)之電容性(電場效應(yīng))耦合或電感性 (磁場效應(yīng))耦合而傳遞。,22,電磁干擾型式,1.靜電放電 2.輻射電磁場 3.快速暫態(tài)波/叢訊 4.雷擊突波 5.傳導(dǎo)電磁場 6.電源頻率(50 Hz 或 60 Hz)電流所產(chǎn)生之磁場 7.雷突波流經(jīng)金屬結(jié)構(gòu)物所產(chǎn)生知脈衝磁場 8.高電壓系統(tǒng)或設(shè)備切換時之暫態(tài)電突波所產(chǎn)生之衰減振盪磁場 9.電源電壓瞬降、瞬斷及緩慢連續(xù)變動 10.電源電壓低頻傳導(dǎo)性干擾,23,容易產(chǎn)生電磁輻射干擾源之醫(yī)電設(shè)備,電刀裝置(500 KHz2.

9、5 MHz) .電燒灼器 心臟電擊器 .短波治療機(jī) (13.56MHz、27.12MHz、40.7MHz) 微波治療機(jī) (433MHz、915MHz、2,450MHz) 醫(yī)用遙傳或遙測(Telemetry)設(shè)備 X 光透視診斷攝影裝置 .電腦斷層攝影裝置 核磁共振診斷攝影裝置 .直線加速器 馬達(dá)驅(qū)動之幫浦或壓縮機(jī) .牙科或骨科用高速鑽 電毯或電動床,24,容易受到電磁干擾之醫(yī)電設(shè)備,心臟節(jié)律器 醫(yī)用遙傳或遙測(Telemetry)設(shè)備 生理信號感測或監(jiān)視裝置，如ECG、EMG、 EEG、ERG、ENG、MEG、Holter、 窒息監(jiān)視器等 核磁共振診斷攝影裝置 電子顯微鏡 裝有微處理器控制或數(shù)

10、位線路的維持生命用裝置，如輸液 幫浦、血液透析機(jī)、呼吸輔助器、麻醉機(jī)、嬰兒保溫箱等,25,非游離性電磁輻射之標(biāo)幟符號,使用射頻能量(RF energy)作診斷或治療的設(shè)備系統(tǒng) , 應(yīng)標(biāo)示非游離性電磁輻射之標(biāo)幟符號(IEC 878 03-04 符號),26,IEC電磁相容相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),歐體(EN)規(guī)範(fàn)IEC規(guī)範(fàn) 試驗內(nèi)容 EN61000-3-2IEC1000-3-2電源諧波(Harmonic)試驗 EN61000-3-3IEC1000-3-3電源電壓浮動及閃爍(Power Flicker)試驗 EN61000-4-2IEC1000-4-2靜電放電試驗(Electrostatic Discharge,

11、ESD) EN61000-4-3IEC1000-4-3射頻輻射耐受試驗(Radiated RF) EN61000-4-4IEC1000-4-4電性快速脈衝試驗(Fast transient/burst , EFT) EN61000-4-5IEC1000-4-5雷擊突波耐受試驗(Lighting surge) EN61000-4-6IEC1000-4-6射頻傳導(dǎo)耐受試驗(Conducted RF) EN61000-4-8IEC1000-4-8電源頻率(50/60Hz)磁場耐受試驗 EN61000-4-9IEC1000-4-9突波(Surge) 磁場耐受試驗 EN61000-4-10IEC1000

12、-4-10衰減振盪(Damped oscillatory) 磁場耐受試驗 EN61000-4-11IEC1000-4-11電源電壓瞬降及瞬斷耐受試驗,27,IEC電磁相容相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),EN61000-4-12IEC1000-4-12衰減振盪波耐受試驗 EN61000-4-13IEC1000-4-13交流電源輸入的低頻傳導(dǎo)性干擾耐受試驗 EN61000-4-14IEC1000-4-14電源電壓變動試驗 EN61000-4-16IEC1000-4-16DC150KHz連續(xù)傳導(dǎo)性干擾耐受試驗 EN61000-4-17IEC1000-4-17直流電源漣波(Ripple)試驗 EN61000-4-27IEC

13、1000-4-27三相電源不平衡性耐受試驗 EN61000-4-28IEC1000-4-28電源頻率變動試驗,28,無線電通訊系統(tǒng)對醫(yī)療儀器 之電磁干擾效應(yīng),29,醫(yī)院可能使用之?dāng)y帶式無線電通訊手機(jī)演變流程,30,醫(yī)電設(shè)備受到無線電通訊手機(jī)電磁干擾影響程度之因素,手機(jī)輸出功率(Power) 手機(jī)輸出頻率(Frequency) 手機(jī)調(diào)變模式(Modulation) 手機(jī)使用時間( Exposure Time) 手機(jī)輻射天線型式(Antenna Type) 傳輸距離(Distance) 置放空間位置 醫(yī)電設(shè)備本身電磁屏蔽能力,31,輻射電磁波干擾電子線路致使處理錯誤之作用機(jī)轉(zhuǎn)方式,位元信號錯亂(B

14、it Corruption),半導(dǎo)體接面整流(Junction Rectification),32,無線電通訊手機(jī)發(fā)射實際量測之電場強(qiáng)度值,33,行動電話手機(jī)或區(qū)域無線電系統(tǒng)手機(jī)對醫(yī)電設(shè)備所可能造成之影響與效應(yīng),降低性能(Degradation of performance) 讀值不準(zhǔn)確(Inaccurate reading) 不適當(dāng)控制(Inappropriate control) 影響照護(hù)效能(Ineffective care) 很多電磁干擾狀況，只要將手機(jī)遠(yuǎn)離或關(guān)機(jī)，即會可逆性地自動消失。,34,電磁干擾醫(yī)電設(shè)備功能效應(yīng)之臨床風(fēng)險等級分類,1. 沒有任何問干擾題發(fā)生,2. 醫(yī)電設(shè)備發(fā)生可

15、逆性之干擾問題，會引起錯誤診斷,3. 醫(yī)電設(shè)備發(fā)生可逆性之干擾問題，導(dǎo)致錯誤診斷或 治療或發(fā)生不可逆性之問題，會引起錯誤診斷,4. 醫(yī)電設(shè)備發(fā)生不可逆性之干擾問題，導(dǎo)致錯誤診斷或 治療需要緊急處理(Action),5. 醫(yī)電設(shè)備發(fā)生可逆性之干擾問題，若持續(xù)不改善 ，其會導(dǎo)致病人嚴(yán)重後果或死亡,6. 醫(yī)電設(shè)備發(fā)生不可逆性之干擾問題，除非緊急處理 ，其會導(dǎo)致病人嚴(yán)重後果或死亡,35,a.醫(yī)電設(shè)備發(fā)生可逆性之干擾問題，會引起錯誤診斷,ECG 監(jiān)視器,基線漂移 波形雜訊,36,b.醫(yī)電設(shè)備發(fā)生可逆性之干擾問題，導(dǎo)致 錯誤診斷或治療；或發(fā)生不可逆性之問題，會引起錯誤診斷,麻醉機(jī),控制面板- 顯示錯誤值,

16、37,C.醫(yī)電設(shè)備發(fā)生不可逆性之干擾問題，導(dǎo)致錯誤診斷或治療，需要緊急處理,呼吸輔助器,發(fā)出alarm 訊號 需要reset動作,38,d.醫(yī)電設(shè)備發(fā)生可逆性干擾問題，若持 續(xù)不改善，會導(dǎo)致病人嚴(yán)重後果或死亡,心臟節(jié)律器,不能產(chǎn)生 刺激脈波,39,e.醫(yī)電設(shè)備發(fā)生不可逆性之干擾問題，除非 緊急處理，其會導(dǎo)致病人嚴(yán)重後果或死亡,注射幫浦,停止注射 劑量錯誤(治療性藥物) 發(fā)出alarm 訊號 需要reset動作,40,醫(yī)院地板與牆壁之電磁場衰減分貝值估計,1. 玻璃：2 dB 2. 牆壁：317 dB 3. 地板：1455 dB 備註：6 dB衰減相當(dāng)於只剩下原來1/2的電場強(qiáng)度， 12 dB衰

17、減相當(dāng)於只剩下原來1/4的電場強(qiáng)度， 20 dB衰減相當(dāng)於只剩下原來1/10的電場強(qiáng)度 ，以此類推,41,醫(yī)電設(shè)備電磁相容國際標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)定,歐盟與美國等先進(jìn)國家於1996 年 1 月1 日起，規(guī)定凡上市之醫(yī)療儀器必須符合IEC 601-1-2 國際標(biāo)準(zhǔn) 3 V/m 電場強(qiáng)度以上之耐受度(Immunity)，以減少被電磁干擾而影響儀器正常運作，未來將實施維持生命用設(shè)備須能耐受 10 V/m 以上之電場強(qiáng)度 對電動輪椅有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定須能耐受 20 V/m 以上之電場強(qiáng)度 心臟節(jié)律器與植入式心臟電擊器(ICD)則須能耐受 100 V/m 以上之電場強(qiáng)度,42,行動電話手機(jī)使用管理策略(1),A. 呼叫器若

18、為單向接受資訊，院內(nèi)任何區(qū)域皆可使用，不須 管制。若為雙向傳訊，須距離醫(yī)電設(shè)備至少 0.5 公尺以上。 B. 區(qū)域無線電通訊系統(tǒng)之使用，須距離醫(yī)電設(shè)備至少 0.5 公尺以上。 C. 行動電話之使用，須距離醫(yī)電設(shè)備至少 2 公尺以上。 D. 警衛(wèi)巡邏通訊設(shè)備之使用，須距離醫(yī)電設(shè)備至少 5 公尺以上。 E. 救護(hù)車緊急通訊設(shè)備之使用，僅能作為緊急通訊用，須距 離檢查室或治療室或急診病房等區(qū)域至少 5 公尺以上。,43,行動電話手機(jī)使用管理策略(2),行動電話禁止在手術(shù)房、恢復(fù)室、加護(hù)病房、急診病房、具有電磁高敏感性或維持生命用醫(yī)療儀器之檢查室(如心臟電生理檢查室、超音波影像檢查室、腦波檢查室、生化

19、室、緊急檢查室等)或治療室(如洗腎室、放射治療室、急診暫留室等)或病房房間等之內(nèi)部及其周圍 2 公尺區(qū)域範(fàn)圍內(nèi)使用，行動電話必須關(guān)機(jī)，即使待機(jī)(Stand-by)狀態(tài)亦不允許。,44,行動電話手機(jī)使用管制策略(3),禁止將無線電通訊設(shè)備置放在醫(yī)療儀器上面或旁邊。,醫(yī)院各單位禁止使用無線電通訊設(shè)備之管制區(qū)域， 必須明確標(biāo)示，以告知病患及其家屬、訪客、 院內(nèi)員工確實遵守。,醫(yī)院應(yīng)將使用無線電通訊設(shè)備之管制策略敘述於 入院文件資料中，於住院室或護(hù)理站分發(fā),45,行動電話使用應(yīng)注意之相關(guān)資訊,建議使用行動電話手機(jī)時，天線應(yīng)距離頭部至少 5 公分以上 建議使用行動電話手機(jī)時，應(yīng)儘量遠(yuǎn)離有大平面導(dǎo)電性牆壁或隔板 建議行動電話不要置放於靠近心臟部位的衣服口袋上 建議行動電話不要置放於家裡窒息監(jiān)視器(Apnea monitor)、維持生命用醫(yī)電設(shè)