《医学电子仪器原理与技术》课程教学资源（PPT课件讲稿）第九章 医用仪器干扰的抑制和安全用电

第九章医用仪器干扰的抑制 和安全用电 在各种医用电子仪器的应用过程中, 会遇到各种来自外部和内部的无用信号, 影响仪器测量结果,这种现象称为干扰。 为了获得准确的生物医学信息,如何防止 干扰的产生并有效地排除各种不稳定的因 素是十分重要的。本章主要以生物电测量 为基础,介绍经常遇到的干扰以及抑制王 扰的措施。同时,医用仪器的用电安全与 使用者和病人密切相关

第九章 医用仪器干扰的抑制 和安全用电 在各种医用电子仪器的应用过程中， 会遇到各种来自外部和内部的无用信号， 影响仪器测量结果，这种现象称为干扰。 为了获得准确的生物医学信息，如何防止 干扰的产生并有效地排除各种不稳定的因 素是十分重要的。本章主要以生物电测量 为基础，介绍经常遇到的干扰以及抑制干 扰的措施。同时，医用仪器的用电安全与 使用者和病人密切相关

本章主要内容 干扰与抑制 屏蔽 安全用电 医用电器的安全检测

本章主要内容 ⚫ 干扰与抑制 ⚫ 屏蔽 ⚫ 安全用电 ⚫ 医用电器的安全检测

干扰与抑制 生物电信号一般都比较微弱且频率较 低。因此,测量生物信号的仪器既要灵敏 度高,又要有较强的抗干扰能力,才能保 证信号不受干扰地放大,以便测量和记录 按干扰的耦合方式可分成磁场干扰、电场 于扰、高频电磁干扰、公共阻抗耦合和漏 电流耦合的干扰

干扰与抑制 生物电信号一般都比较微弱且频率较 低。因此，测量生物信号的仪器既要灵敏 度高，又要有较强的抗干扰能力，才能保 证信号不受干扰地放大，以便测量和记录。 按干扰的耦合方式可分成磁场干扰、电场 干扰、高频电磁干扰、公共阻抗耦合和漏 电流耦合的干扰

1.磁场干扰 电流通过导线会产生磁场。有大电流流过的仪 器将会大量发射磁能,它的大小与导线线圈的匝数 环线面积及流过的电流成正比。磁场内任何导电环 路都会接收到磁能。连接仪器和病人的引线就可构 成磁接收环,产生感应电动势。如在心电记录时电 极引线环路受磁场影响产生的感应电动势是一种差 动信号,将与心电信号一起被心电放大器放大,形 成对输出信号的干扰。要想抑制磁场对信号的干扰 必须限制电极引线的环路面积。如可把所有的电极 引线在人体表面绞合起来,并使引线紧沿着人体引 出。抑制磁场干扰的另一个有效的办法是采用磁性 材料进行磁场屏蔽

1.磁场干扰 电流通过导线会产生磁场。有大电流流过的仪 器将会大量发射磁能，它的大小与导线线圈的匝数、 环线面积及流过的电流成正比。磁场内任何导电环 路都会接收到磁能。连接仪器和病人的引线就可构 成磁接收环，产生感应电动势。如在心电记录时电 极引线环路受磁场影响产生的感应电动势是一种差 动信号，将与心电信号一起被心电放大器放大，形 成对输出信号的干扰。要想抑制磁场对信号的干扰， 必须限制电极引线的环路面积。如可把所有的电极 引线在人体表面绞合起来，并使引线紧沿着人体引 出。抑制磁场干扰的另一个有效的办法是采用磁性 材料进行磁场屏蔽

2电场干扰 处在电场中的任何导电介质都会在电场作 用下感应出一定电位,若两点之间存在着电位 差时,就会产生电场干扰。电场干扰比磁场干 扰更大量地存在,即使电路中无电流流过,电 场干扰仍然存在。如把一台仪器的电源插头插 入50Hz的交流电源插座,虽然电源开关没有接 通,电路中没有电流流过,但如果电源开关安 装不当或电源布线不合理,就会成为交流电场 的干扰源。因此,不使用的电子仪器应把电源 插头拔下来。在临床工作中,甚至一些照明设 备也会对医用仪器的测量造成不良影响

2.电场干扰 处在电场中的任何导电介质都会在电场作 用下感应出一定电位，若两点之间存在着电位 差时，就会产生电场干扰。电场干扰比磁场干 扰更大量地存在，即使电路中无电流流过，电 场干扰仍然存在。如把一台仪器的电源插头插 入50Hz的交流电源插座，虽然电源开关没有接 通，电路中没有电流流过，但如果电源开关安 装不当或电源布线不合理，就会成为交流电场 的干扰源。因此，不使用的电子仪器应把电源 插头拔下来。在临床工作中，甚至一些照明设 备也会对医用仪器的测量造成不良影响

在临床应用中,一般对生物信号源的测量都需 要进行无损伤测量,因此常用表面电极来引出生物 电信号,如果不采取抑制干扰的措施,电场干扰就 会耦合到仪器中,因为电路中的电阻等不可能绝对 致,使共模干扰信号之差以差模信号的形式出现 在放大器的输入端,在测量仪器的输出中就会出现 干扰信号 综上所述,电场干扰是指空间电场通过感应和 分布参数经过一定的途径进入信号源或测量仪器中 形成的干扰,其中50Hz市电经分布电容耦合而形成 的干扰最为严重和常见。为了抑制电场的干扰,可 以在仪器中采用高共模抑制比的放大器;将电源线 和测量电极的导线屏蔽;设置屏蔽室,把被测者屏 蔽等方法

在临床应用中，一般对生物信号源的测量都需 要进行无损伤测量，因此常用表面电极来引出生物 电信号，如果不采取抑制干扰的措施，电场干扰就 会耦合到仪器中，因为电路中的电阻等不可能绝对 一致，使共模干扰信号之差以差模信号的形式出现 在放大器的输入端，在测量仪器的输出中就会出现 干扰信号。 综上所述，电场干扰是指空间电场通过感应和 分布参数经过一定的途径进入信号源或测量仪器中 形成的干扰，其中50Hz市电经分布电容耦合而形成 的干扰最为严重和常见。为了抑制电场的干扰，可 以在仪器中采用高共模抑制比的放大器；将电源线 和测量电极的导线屏蔽；设置屏蔽室，把被测者屏 蔽等方法

3高频电磁场干扰 目前无线电的应用日趋广泛,各种频段的无线 电广播、电视发射台、通讯发射台、生物医学研究 方面应用的遥测装置等,使空中的电磁波大量增加 日益复杂。这就给生物医学测量工作带来了更多 更强烈的高频电磁干扰。常见的高频电磁干扰有电 台干扰,即某些无线电发射设备所产生的干扰; 业干扰,即由各式各样的电气设备启动、切断及工 作时所辐射的高频干扰所产生的。工业干扰信号的 频谱很宽,从较低的频率延伸到几十甚至几百兆赫 的超高频段;天电干扰是指大气中的各种电骚动所 引起的干扰。雷电所产生的强大电磁波辐射就是天 电干扰的一种

3.高频电磁场干扰 目前无线电的应用日趋广泛，各种频段的无线 电广播、电视发射台、通讯发射台、生物医学研究 方面应用的遥测装置等，使空中的电磁波大量增加， 日益复杂。这就给生物医学测量工作带来了更多、 更强烈的高频电磁干扰。常见的高频电磁干扰有电 台干扰，即某些无线电发射设备所产生的干扰；工 业干扰，即由各式各样的电气设备启动、切断及工 作时所辐射的高频干扰所产生的。工业干扰信号的 频谱很宽，从较低的频率延伸到几十甚至几百兆赫 的超高频段；天电干扰是指大气中的各种电骚动所 引起的干扰。雷电所产生的强大电磁波辐射就是天 电干扰的一种

生物电信号一般由生物医学电极与电极引 线引出。电极引线的作用就像一个接收天线, 同时还将高频电磁场干扰引进测量系统中。如 在外科手术时,在一个身边有心电监护仪的病 人身上使用电外科手术器械时,心电监示器的 荧光屏上就会出现干扰,轻者会使心电记录的 基线产生漂移或记录的波形不稳定,严重时心 电信号会完全移出荧光屏外,影响监护工作。 此外,仪器的电源线也像一个很长的天线,可 引入各种高频电磁波成分。由于高频电磁干扰 是具有随机性的干扰信号,它的能量遍布整个 空间,因此它的影响是不可忽视的

生物电信号一般由生物医学电极与电极引 线引出。电极引线的作用就像一个接收天线， 同时还将高频电磁场干扰引进测量系统中。如 在外科手术时，在一个身边有心电监护仪的病 人身上使用电外科手术器械时，心电监示器的 荧光屏上就会出现干扰，轻者会使心电记录的 基线产生漂移或记录的波形不稳定，严重时心 电信号会完全移出荧光屏外，影响监护工作。 此外，仪器的电源线也像一个很长的天线，可 引入各种高频电磁波成分。由于高频电磁干扰 是具有随机性的干扰信号，它的能量遍布整个 空间，因此它的影响是不可忽视的

生物医学测量仪器中常用以下一些方法抑制 高频电磁干扰: (1)当干扰幅度不大时,可用高频旁路电容使 干扰入地。旁路电容器的高频特性要好,还 要具有足够高的耐压性能,以使脉冲式干扰 入地。 (2)用高频滤波器抑制高频干扰。当调谐频率 等于高频干扰频率时,就可以起到抑制高频 干扰信号的作用。当然,也可以使用有源器 件作高频有源滤波电路,效果更好

生物医学测量仪器中常用以下一些方法抑制 高频电磁干扰： (1)当干扰幅度不大时，可用高频旁路电容使 干扰入地。旁路电容器的高频特性要好，还 要具有足够高的耐压性能，以使脉冲式干扰 入地。 (2)用高频滤波器抑制高频干扰。当调谐频率 等于高频干扰频率时，就可以起到抑制高频 干扰信号的作用。当然，也可以使用有源器 件作高频有源滤波电路，效果更好

(3)对电源线引入的高频干扰,可在电源变压器的 初级侧加低通滤波器或旁路电容器,使高频干 扰入地。为使抑制干扰的效果更好,在整流电 路及直流输出端也要接高频旁路电容。 (4)用电磁屏蔽措施。当检测微小的生理信号时, 对外来的电磁波干扰或电磁辐射一般采用电磁 屏蔽措施。用钢或铝的良导体将需要屏蔽的电 路或仪器和被测体在内的每一个测量设备都严 密地包围起来,并要将屏蔽罩可靠接地。电磁 屏蔽与干扰信号频率的关系很大,干扰信号的 频率越高,对屏蔽的严密性要求也就越高

(3)对电源线引入的高频干扰，可在电源变压器的 初级侧加低通滤波器或旁路电容器，使高频干 扰入地。为使抑制干扰的效果更好，在整流电 路及直流输出端也要接高频旁路电容。 (4)采用电磁屏蔽措施。当检测微小的生理信号时， 对外来的电磁波干扰或电磁辐射一般采用电磁 屏蔽措施。用钢或铝的良导体将需要屏蔽的电 路或仪器和被测体在内的每一个测量设备都严 密地包围起来，并要将屏蔽罩可靠接地。电磁 屏蔽与干扰信号频率的关系很大，干扰信号的 频率越高，对屏蔽的严密性要求也就越高