艦船手術室的電磁防護探究

付奇偉，郭強，徐棟，錢齊榮

（1.上海長征醫院，上海 200003；2.山東威高集團醫用高分子制品股份有限公司，山東 威海 264211）

電子系統和裝備是現代艦船完成預定作業和承擔使命任務的物質基礎。雷達探測、武器制導、氣象探測、內外的通信等等，狹窄的船體承載了如此密集的電子系統，使得電子系統使用密度極大，頻譜的擠、天線的扎堆、各類儀器信號接收閾值的不斷降低、各種金屬制造的天線及相關設施等，這些都為電磁干擾的產生和傳播提供了基礎和途徑。使用電磁鎖定技術的手術室處在這樣的環境下，勢必會受到電磁干擾，影響正常的工作和運轉。預防和解決電磁干擾問題不僅對海上衛勤保障有著重大意義，對于艦船其他工作單元在電磁防護下的正常作業和任務的完成也有著重要的作用。

1 電磁干擾的產生、傳播和影響

1.1 電磁干擾的產生和傳播

電磁干擾為（EMI）為“任何可以中斷、阻礙、降低或限制電子設備有效性能的電磁能量”。可使電信號模糊丟失、差異化和錯誤，導致信息錯誤、丟失或虛假，造成相關電子電氣設備工作性能發生不允許的降低。如前所述，艦船本身就是各類型電子設備的集合體，這些電子設備都能產生電磁能量相互影響，對于醫療單元或者手術室來說，艦船平臺本身就是一個巨大的電磁干擾源，海軍艦船開發利用了從0Hz～40GHz 的整個無線電頻譜，相對于其他極高功率設備的醫療平臺而言，更易受到電磁干擾的影響。

電磁干擾主要通過傳導耦合和輻射耦合影響敏感設備。傳導耦合是艦船等海上作業平臺上電力電子設備產生的一種常見的、典型的電磁干擾，具體有共模干擾和差模干擾兩種形式。輻射耦合是指來自干擾源的電磁干擾信號通過空間輻射將干擾傳遞給受擾設備的途徑，輻射耦合的傳導基礎是“場”，它與傳導干擾的明顯區別在于傳導干擾是以導線器件等有形介質作為傳輸通道的干擾，而輻射耦合是以自由空間傳播的一種電磁波干擾，具有明顯的不確定性和影響廣泛性。

1.2 電磁干擾的危害

EMI 危害深廣，對于醫療單元來說，主要在于：

（1）降低功能指標。對某些大型醫療設備如CT 機、MRI和DR 等機器，以及小型設備如心電圖機、心電監護儀等，會造成無法正常運轉或者傳遞的信息缺失、錯誤，如圖像失真。

（2）誤動作、誤燃。采用電磁鎖定技術的手術室在電磁干擾下可能會失靈，無法正常工作甚至出現錯誤動作造成醫療事故；醫療單元會有酒精、某些氣體制劑等易燃易爆制品，在金屬體上強電磁場可以通過感應電壓產生金屬之間的電弧，從而引起誤燃引發火災爆炸事故。

（3）輻射危險。人員距大功率發射天線近距離受到照射時，眼睛等脆弱器官極易受到強電場輻射造成生理功能的失常甚至疾病，特別對于身體狀況較差甚至失去意識和自我保護能力的傷員。對于長期處在此條件下的醫護人員健康也是一種較大的損害。

（4）通信中斷。數字集約化手術室可以通過5G 等途徑與后方連接進行遠程診斷甚至手術治療，電磁干擾會中斷這種信息傳遞，影響正常醫療工作的開展。

2 電磁兼容的措施

電磁兼容性是指設備設施、子系統、各分級系統在共同的電磁環境中能共同正常執行各自功能的共存狀態。它包含兩層含義：一是設備設施、各系統在預定的電磁環境中運行工作時，可在規定的安全裕度下實現設計好的工作性能且不因電磁干擾而受到影響或產生不可接受的工作性能降低；二是設備設施、各系統在預定的電磁環境中正常地運行且不會成為其他環境或電子設備的干擾源。

艦船的電磁干擾主要包括3 個方面的基本要素：干擾源、敏感設備和耦合途徑（包括輻射耦合和傳導耦合）。因此，艦船手術室的電磁防護要納入整個艦船系統來考慮，而要達到電磁兼容狀態，就要從這3 方面入手。

2.1 電磁兼容的整體設計與控制

電磁兼容的達成并不單純靠單一措施或局部設計就能完成，它必然是一個從整體出發，始于艦船設計建造，落實完善于末端細節的一項系統精密的工程。

（1）劃分專業作業區。需要對某些電磁干擾源設備進行空間上的劃分，還需要分層設置相關裝備，如及時控制搜索雷達工作扇面，對艦船警戒區進行劃分；將雷達、無線電通信設備分開置放，對天線布置的區域進行劃分。作為醫療單元，盡量避免直接處在高功率設備如雷達的潛在影響界面內，目的是增大隔離度，減少耦合度。

（2）時間分隔。合理規劃作業時間，主要為了解決同頻干擾問題。

（3）頻率分隔。為了保證整個艦船或作業平臺的工作順利進行，需要對每類每種設備的工作頻率進行規范和標準化，使每種設備依據制定頻率完成工作，完善細化對頻率的管理是達成頻率分隔的基礎。

（4）分級頻譜管理體系的建立。艦船容易出現電磁干擾問題，頻譜問題是主要的因素之一。建立系統、科學地頻譜管理體系能極大地推進電磁防護的進步，確實地提高艦船等海上作業平臺的能力。很早以前，國外大部分國家就開始研究艦船頻譜管理技術，隨著時代的快速發展，極大地加快新軍事不斷變革，我國也將積極采取措施解決分級頻譜管理體系，尤其是我國重點實驗室針對電磁頻譜管理方法進行研究，最終加快建設國家級頻譜管理體系。

2.2 電磁兼容的具體措施

（1）使用EMI 濾波裝置和隔離變壓器。傳導干擾是艦船和海上作業平臺電子設備設施產生的一種常見的典型的電磁干擾，具體包括差模干擾和共模干擾兩種類型，采用EMI濾波干擾來減少和阻斷這傳導干擾是普遍采用的有效措施。因為所有電子、電器設備由電網共同供電，如可在醫療單元的相關設備的工作艙室內加裝濾波器或隔離變壓器，濾波器外殼必須可靠接地，同時，為了獲得更好的抑制和防磁效果，可將電容器接在隔離變壓器次級。

（2）機箱屏蔽。屏蔽技術和屏蔽裝置在電子電力設備機箱設計中應用非常普遍，主要作用和目的是盡最大可能減少電磁干擾向外界輻射的強度，同時這項設計的應用不會影響設備和系統整體的電路設計和正常運轉。屏蔽技術一般可分為兩大類，一是對輻射電磁波部位的屏蔽，二是對易受電磁波影響的元器件的屏蔽。

（3）電路板的抗干擾設計和處理。電路板在進行設計時，需要考慮它的布局、布線、布置及接地等方面的抗電磁干擾措施，以減少電路板本身產生的電磁輻射干擾和電路板上各電路和線路之間的相互串擾和影響。

（4）接地處理。接地處理是抑制電子設備電磁干擾的重要方法之一，有安全性接地和電磁兼容性接地，為防止電磁干擾主要是指電磁兼容性接地，即以“船殼”的電位作為基準，泄放機箱感應電荷。

（5）減少非線性鏈接。這特別指艦船和海上作業平臺露天甲板上金屬制的零構件、活動欄桿、索具、已被腐蝕或者已經氧化的結構連接部位等組成的非線性鏈接和結構，處于似接觸非接觸的狀態，形成一個個小開關，當射頻信號掃射到這些非線性鏈接和結構時，它們就起到了天線和中繼站作用，向空中二次輻射。設法減少這些設備，能極大減少非線性鏈接的影響。

（6）提高EMC 診斷技術。對現役艦船或需改裝的艦船以及運行一段時間新出現的EMC 問題的分析、判斷與解決，國外大部分采取的是EMC 分析技術、EMC 診斷技術等。EMC診斷技術可以把潛在電磁問題找到。在加強我國艦船EMC 設計技術、強化艦船總體EMC 評估的同時，加速艦船EMC 診斷技術的發展，建立相應的數據庫，對解決現役的EMC 問題至關重要，對新型艦船EMC 的設計也有很大幫助。

（7）運用電磁兼容仿真技術。飛速發展的計算機技術和仿真技術便于人們發現和解決電磁兼容和電磁防護問題，可使用多種方式方法來實現，如人機對話、循環替代等；另外，為了更直觀、更具體地分析電磁干擾的具體情況，可采取可視化的方式來進行。除此之外，在研究解決艦船電磁兼容問題時，應積極采取預測仿真手段來進行，也就是基于理論計算更加有效地分析評估設備或系統地兼容程度。

3 結語

海上醫療平臺往往置于艦船這樣的綜合作業平臺上，是一個復雜的電磁環境。要做好電磁兼容問題的解決，一定是從整體入手，從平臺設計建造之初開始，在具體細節上著手。縱觀國內外，電磁兼容是一大類問題，是一個極其專業的領域，需要專業機構來制定規范、引領工作，需要建立數據庫、仿真實驗室等基礎平臺，更需要在實際問題中具有測量、分析、解決問題和發現并預防潛在風險發生的能力。推動電磁兼容問題的解決不僅對海上醫療平臺的建設發展意義重大，同樣對整個艦船綜合能力的提升也是至關重要。