舰船手术室的电磁防护探究

付奇伟，郭强，徐栋，钱齐荣

（1.上海长征医院，上海 200003；2.山东威高集团医用高分子制品股份有限公司，山东 威海 264211）

电子系统和装备是现代舰船完成预定作业和承担使命任务的物质基础。雷达探测、武器制导、气象探测、内外的通信等等，狭窄的船体承载了如此密集的电子系统，使得电子系统使用密度极大，频谱的挤、天线的扎堆、各类仪器信号接收阈值的不断降低、各种金属制造的天线及相关设施等，这些都为电磁干扰的产生和传播提供了基础和途径。使用电磁锁定技术的手术室处在这样的环境下，势必会受到电磁干扰，影响正常的工作和运转。预防和解决电磁干扰问题不仅对海上卫勤保障有着重大意义，对于舰船其他工作单元在电磁防护下的正常作业和任务的完成也有着重要的作用。

1 电磁干扰的产生、传播和影响

1.1 电磁干扰的产生和传播

电磁干扰为（EMI）为“任何可以中断、阻碍、降低或限制电子设备有效性能的电磁能量”。可使电信号模糊丢失、差异化和错误，导致信息错误、丢失或虚假，造成相关电子电气设备工作性能发生不允许的降低。如前所述，舰船本身就是各类型电子设备的集合体，这些电子设备都能产生电磁能量相互影响，对于医疗单元或者手术室来说，舰船平台本身就是一个巨大的电磁干扰源，海军舰船开发利用了从0Hz～40GHz 的整个无线电频谱，相对于其他极高功率设备的医疗平台而言，更易受到电磁干扰的影响。

电磁干扰主要通过传导耦合和辐射耦合影响敏感设备。传导耦合是舰船等海上作业平台上电力电子设备产生的一种常见的、典型的电磁干扰，具体有共模干扰和差模干扰两种形式。辐射耦合是指来自干扰源的电磁干扰信号通过空间辐射将干扰传递给受扰设备的途径，辐射耦合的传导基础是“场”，它与传导干扰的明显区别在于传导干扰是以导线器件等有形介质作为传输通道的干扰，而辐射耦合是以自由空间传播的一种电磁波干扰，具有明显的不确定性和影响广泛性。

1.2 电磁干扰的危害

EMI 危害深广，对于医疗单元来说，主要在于：

（1）降低功能指标。对某些大型医疗设备如CT 机、MRI和DR 等机器，以及小型设备如心电图机、心电监护仪等，会造成无法正常运转或者传递的信息缺失、错误，如图像失真。

（2）误动作、误燃。采用电磁锁定技术的手术室在电磁干扰下可能会失灵，无法正常工作甚至出现错误动作造成医疗事故；医疗单元会有酒精、某些气体制剂等易燃易爆制品，在金属体上强电磁场可以通过感应电压产生金属之间的电弧，从而引起误燃引发火灾爆炸事故。

（3）辐射危险。人员距大功率发射天线近距离受到照射时，眼睛等脆弱器官极易受到强电场辐射造成生理功能的失常甚至疾病，特别对于身体状况较差甚至失去意识和自我保护能力的伤员。对于长期处在此条件下的医护人员健康也是一种较大的损害。

（4）通信中断。数字集约化手术室可以通过5G 等途径与后方连接进行远程诊断甚至手术治疗，电磁干扰会中断这种信息传递，影响正常医疗工作的开展。

2 电磁兼容的措施

电磁兼容性是指设备设施、子系统、各分级系统在共同的电磁环境中能共同正常执行各自功能的共存状态。它包含两层含义：一是设备设施、各系统在预定的电磁环境中运行工作时，可在规定的安全裕度下实现设计好的工作性能且不因电磁干扰而受到影响或产生不可接受的工作性能降低；二是设备设施、各系统在预定的电磁环境中正常地运行且不会成为其他环境或电子设备的干扰源。

舰船的电磁干扰主要包括3 个方面的基本要素：干扰源、敏感设备和耦合途径（包括辐射耦合和传导耦合）。因此，舰船手术室的电磁防护要纳入整个舰船系统来考虑，而要达到电磁兼容状态，就要从这3 方面入手。

2.1 电磁兼容的整体设计与控制

电磁兼容的达成并不单纯靠单一措施或局部设计就能完成，它必然是一个从整体出发，始于舰船设计建造，落实完善于末端细节的一项系统精密的工程。

（1）划分专业作业区。需要对某些电磁干扰源设备进行空间上的划分，还需要分层设置相关装备，如及时控制搜索雷达工作扇面，对舰船警戒区进行划分；将雷达、无线电通信设备分开置放，对天线布置的区域进行划分。作为医疗单元，尽量避免直接处在高功率设备如雷达的潜在影响界面内，目的是增大隔离度，减少耦合度。

（2）时间分隔。合理规划作业时间，主要为了解决同频干扰问题。

（3）频率分隔。为了保证整个舰船或作业平台的工作顺利进行，需要对每类每种设备的工作频率进行规范和标准化，使每种设备依据制定频率完成工作，完善细化对频率的管理是达成频率分隔的基础。

（4）分级频谱管理体系的建立。舰船容易出现电磁干扰问题，频谱问题是主要的因素之一。建立系统、科学地频谱管理体系能极大地推进电磁防护的进步，确实地提高舰船等海上作业平台的能力。很早以前，国外大部分国家就开始研究舰船频谱管理技术，随着时代的快速发展，极大地加快新军事不断变革，我国也将积极采取措施解决分级频谱管理体系，尤其是我国重点实验室针对电磁频谱管理方法进行研究，最终加快建设国家级频谱管理体系。

2.2 电磁兼容的具体措施

（1）使用EMI 滤波装置和隔离变压器。传导干扰是舰船和海上作业平台电子设备设施产生的一种常见的典型的电磁干扰，具体包括差模干扰和共模干扰两种类型，采用EMI滤波干扰来减少和阻断这传导干扰是普遍采用的有效措施。因为所有电子、电器设备由电网共同供电，如可在医疗单元的相关设备的工作舱室内加装滤波器或隔离变压器，滤波器外壳必须可靠接地，同时，为了获得更好的抑制和防磁效果，可将电容器接在隔离变压器次级。

（2）机箱屏蔽。屏蔽技术和屏蔽装置在电子电力设备机箱设计中应用非常普遍，主要作用和目的是尽最大可能减少电磁干扰向外界辐射的强度，同时这项设计的应用不会影响设备和系统整体的电路设计和正常运转。屏蔽技术一般可分为两大类，一是对辐射电磁波部位的屏蔽，二是对易受电磁波影响的元器件的屏蔽。

（3）电路板的抗干扰设计和处理。电路板在进行设计时，需要考虑它的布局、布线、布置及接地等方面的抗电磁干扰措施，以减少电路板本身产生的电磁辐射干扰和电路板上各电路和线路之间的相互串扰和影响。

（4）接地处理。接地处理是抑制电子设备电磁干扰的重要方法之一，有安全性接地和电磁兼容性接地，为防止电磁干扰主要是指电磁兼容性接地，即以“船壳”的电位作为基准，泄放机箱感应电荷。

（5）减少非线性链接。这特别指舰船和海上作业平台露天甲板上金属制的零构件、活动栏杆、索具、已被腐蚀或者已经氧化的结构连接部位等组成的非线性链接和结构，处于似接触非接触的状态，形成一个个小开关，当射频信号扫射到这些非线性链接和结构时，它们就起到了天线和中继站作用，向空中二次辐射。设法减少这些设备，能极大减少非线性链接的影响。

（6）提高EMC 诊断技术。对现役舰船或需改装的舰船以及运行一段时间新出现的EMC 问题的分析、判断与解决，国外大部分采取的是EMC 分析技术、EMC 诊断技术等。EMC诊断技术可以把潜在电磁问题找到。在加强我国舰船EMC 设计技术、强化舰船总体EMC 评估的同时，加速舰船EMC 诊断技术的发展，建立相应的数据库，对解决现役的EMC 问题至关重要，对新型舰船EMC 的设计也有很大帮助。

（7）运用电磁兼容仿真技术。飞速发展的计算机技术和仿真技术便于人们发现和解决电磁兼容和电磁防护问题，可使用多种方式方法来实现，如人机对话、循环替代等；另外，为了更直观、更具体地分析电磁干扰的具体情况，可采取可视化的方式来进行。除此之外，在研究解决舰船电磁兼容问题时，应积极采取预测仿真手段来进行，也就是基于理论计算更加有效地分析评估设备或系统地兼容程度。

3 结语

海上医疗平台往往置于舰船这样的综合作业平台上，是一个复杂的电磁环境。要做好电磁兼容问题的解决，一定是从整体入手，从平台设计建造之初开始，在具体细节上着手。纵观国内外，电磁兼容是一大类问题，是一个极其专业的领域，需要专业机构来制定规范、引领工作，需要建立数据库、仿真实验室等基础平台，更需要在实际问题中具有测量、分析、解决问题和发现并预防潜在风险发生的能力。推动电磁兼容问题的解决不仅对海上医疗平台的建设发展意义重大，同样对整个舰船综合能力的提升也是至关重要。