《医学电子学基础》课程教学资源（PPT课件讲稿）第十一章 医用仪器干扰的抑制和安全用电

第十一章医用仪器干扰的抑 制和安全用电

第十一章 医用仪器干扰的抑 制和安全用电

在生物医学研究和临床工作中,大量地 应用着各种医用电子仪器。而在应用过程中 会遇到影响仪器测量结果的各种来自外部和 内部的无用信号,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。下面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。 同时介绍与使用者和病人密切相关的医用仪 器的用电安全

在生物医学研究和临床工作中，大量地 应用着各种医用电子仪器。而在应用过程中， 会遇到影响仪器测量结果的各种来自外部和 内部的无用信号，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。下面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。 同时介绍与使用者和病人密切相关的医用仪 器的用电安全

主要内容 第一节干扰与抑制 第二节屏蔽 第三节安全用电 第四节医用电器的安全检测

主要内容 第一节干扰与抑制 第二节屏蔽 第三节安全用电 第四节医用电器的安全检测

第一节干扰与抑制 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

第一节 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

磁场干扰 电流通过导线会产生磁场。如果把导线绕 成线圈或变压器,则磁通的大小与线圈的匝 数及流过的电流成正比。因此有大电流流过 的仪器将会大量发射磁能,磁场内任何导电 环路都会接收到。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。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。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

一 . 磁场干扰 电流通过导线会产生磁场。如果把导线绕 成线圈或变压器，则磁通的大小与线圈的匝 数及流过的电流成正比。因此有大电流流过 的仪器将会大量发射磁能，磁场内任何导电 环路都会接收到。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。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。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

心电记录时电极引线环路受磁场 影响的情况。Z1、Z2为皮肤电极 电极引线 阻抗;Z为人体与电极间的阻抗。 b感应产生的电动势是一种差动信 号,它将与心电信号一起被心电 放大器放大,形成对输出信号的 Z, 干扰。 心电放大器 引线环路 抑制磁场对信号的干扰,可以限 制电极引线的环路面积,如把所 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。 心电放大器

心电记录时电极引线环路受磁场 影响的情况。Z1、Z2为皮肤电极 阻抗；ZL为人体与电极间的阻抗。 感应产生的电动势是一种差动信 号，它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。 抑制磁场对信号的干扰，可以限 制电极引线的环路面积，如把所 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

二.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。当电介质中任何两点之间存 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50H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

二. 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。当电介质中任何两点之间存 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

未屏蔽的电极导线和电源线之间 存在分布电容,220V、50Hz的交流 电场通过该电容产生耦合,使干扰 电流流入电极引线,并通过人体经 接地电阻z入地。这时人体对地有 D 定的电位,即人体感应电位。在 其等效电路中,Z1Z2分别为两个电 极与皮肤的接触阻抗,乙cMn、zeM B 分别为放大器两个输入端A、B对地 的阻抗。U表示交流感应电位的大 InitIo 心电放大器 小,称为共模干扰电位 如果Z=z2,则放大器具有共模 抑制的特性,可以把共模干扰抵消; 如果不等,则共模干扰信号之差, 就将以差模信号的形式出现在放大 2放大器器的输入端,在测量仪器输出中出 Z 现干扰信号。事实上,21和Z2,zcM 和ZcM不可能绝对相等,使得Uc分 配不平衡,最终使仪器有干扰信号 输出

未屏蔽的电极导线和电源线之间 存在分布电容，220V、50Hz的交流 电场通过该电容产生耦合，使干扰 电流流入电极引线，并通过人体经 接地电阻ZG入地。这时人体对地有 一定的电位，即人体感应电位。在 其等效电路中，Z1、Z2分别为两个电 极与皮肤的接触阻抗，ZCM1、ZCM2 分别为放大器两个输入端A、B对地 的阻抗。UC表示交流感应电位的大 小，称为共模干扰电位。 如果Z1=Z2，则放大器具有共模 抑制的特性，可以把共模干扰抵消； 如果不等，则共模干扰信号之差， 就将以差模信号的形式出现在放大 器的输入端，在测量仪器输出中出 现干扰信号。事实上，Z1和Z2，ZCM1 和ZCM2不可能绝对相等，使得UC分 配不平衡，最终使仪器有干扰信号 输出

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

三.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

三. 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