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醫(yī)療器械因電磁兼容問題被召回 EMC標(biāo)準(zhǔn)愈發(fā)被重視(一)
2019年3月13日,國家藥監(jiān)局官網(wǎng)顯示,貝克曼庫爾特商貿(mào)(中國)有限公司報(bào)告,由于涉及產(chǎn)品因貝克曼庫爾特通過對電磁兼容性(EMC)要求測試的內(nèi)部調(diào)查,發(fā)現(xiàn)全自動微生物鑒定及藥敏分析系統(tǒng)(WalkAway-96/40 plus)在輸出2kV電涌時(shí)可能會復(fù)位并失去通信。貝克曼庫爾特商貿(mào)(中國)有限公司對其生產(chǎn)的全自動微生物鑒定及藥敏分析系統(tǒng)(注冊證號:國食藥監(jiān)械(進(jìn))字2014第2403269號)主動召回。召回級別為三級。涉及產(chǎn)品的型號、規(guī)格及批次等詳細(xì)信息見《醫(yī)療器械召回事件報(bào)告表》。
2018年12月12日,國家藥監(jiān)局官網(wǎng)顯示,廣州龍之杰科技有限公司報(bào)告,該公司生產(chǎn)的電磁場**儀經(jīng)檢驗(yàn),不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。廣州龍之杰科技有限公司主動召回有關(guān)產(chǎn)品,召回級別為三級。涉及產(chǎn)品的型號、規(guī)格及批次等詳細(xì)信息見《醫(yī)療器械召回事件報(bào)告表》。
伴隨越來越多的醫(yī)用電子設(shè)備的開發(fā)和使用,如何解決醫(yī)用電子設(shè)備的電磁兼容性問題,提高醫(yī)用電子設(shè)備的可靠性和**性,已經(jīng)成為一個非常重要和迫切的研究課題。文章分析了電磁兼容問題的基本分類、電磁兼容現(xiàn)象的危害,以及醫(yī)用電子設(shè)備的電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)基本要求。
一般認(rèn)為如果系統(tǒng)滿足以下三個準(zhǔn)則,就認(rèn)為與其環(huán)境電磁兼容:① 不對其他系統(tǒng)產(chǎn)生干擾(Electromagnetic Interference,EMI);② 對其他系統(tǒng)的發(fā)射不敏感(Electromagnetic Susceptibility,EMS);③ 不對自身產(chǎn)生干擾。根據(jù)以上準(zhǔn)則,電磁兼容標(biāo)準(zhǔn)對設(shè)備或系統(tǒng)的電磁兼容性要求,一般都是對設(shè)備或系統(tǒng)對外的騷擾水平進(jìn)行限制,即限制騷擾源電磁發(fā)射能力(限制騷擾源EMI水平),同時(shí)對設(shè)備或系統(tǒng)的抗干擾水平即承受干擾的能力,根據(jù)設(shè)備或系統(tǒng)的使用環(huán)境、功能需求等提出一定的要求(提高受擾設(shè)備EMS水平) 。在國外,國家行政監(jiān)管部門往往更加注重限制騷擾源EMI發(fā)射能力,對于受擾設(shè)備的抗擾水平建議由企業(yè)自行保證。在我國,為了更好地保證人民用械**,國家監(jiān)管部門統(tǒng)一對EMI和EMS進(jìn)行試驗(yàn)。
1、醫(yī)療器械EMC涉及標(biāo)準(zhǔn)情況
醫(yī)療器械涉及的電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)包括:針對醫(yī)用電氣設(shè)備和系統(tǒng)的YY 0505-2012《醫(yī)用電氣設(shè)備 第1-2部分:**通用要求 并列標(biāo)準(zhǔn):電磁兼容 要求和試驗(yàn)》;針對檢驗(yàn)診斷類醫(yī)用電氣設(shè)備的GB/T 18268.1-2010《測量、控制和實(shí)驗(yàn)室用的電設(shè)備 電磁兼容性要求 第1部分:通用要求》和GB/T 18268.26-2010《測量、控制和實(shí)驗(yàn)室用的電設(shè)備 電磁兼容性要求 第26部分:特殊要求 體外診斷(IVD)醫(yī)療設(shè)備》;以及已經(jīng)發(fā)布實(shí)施的一些醫(yī)療器械國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對電磁兼容性的特別要求,這些特別要求或是標(biāo)準(zhǔn)的一部分,或是一個完全針對電磁兼容性的標(biāo)準(zhǔn),如GB/T 25102.13-2010《電聲學(xué) 助聽器 第13部分:電磁兼容(EMC)》。
2012年12月17日國家食品藥品監(jiān)督管理總局發(fā)布74號公告,YY 0505-2012將于2014年1月1日起實(shí)施,已經(jīng)發(fā)布實(shí)施的專用標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)電磁兼容性的內(nèi)容也隨即執(zhí)行。同時(shí)公告明確指出對檢驗(yàn)診斷類醫(yī)用電氣設(shè)備的電磁兼容性檢測也參照該標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。對于其他特殊標(biāo)準(zhǔn),應(yīng)當(dāng)按照該標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行時(shí)間和相應(yīng)要求進(jìn)行執(zhí)行。
2、針對醫(yī)用電氣設(shè)備和系統(tǒng)的YY 0505標(biāo)準(zhǔn)
YY 0505-2012等同采用IEC 60601-1-2:2004(2.1版),是GB 9706.1-2007《醫(yī)用電氣設(shè)備 第1部分:**通用要求》的并列標(biāo)準(zhǔn),也是一個通用標(biāo)準(zhǔn),適用于所有沒有專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或?qū)I(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對EMC未作出規(guī)定的設(shè)備和系統(tǒng),但不適用于植入式醫(yī)用電氣設(shè)備。植入式醫(yī)用電氣設(shè)備的有關(guān)電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)目前還沒有發(fā)布。標(biāo)準(zhǔn)對設(shè)備和系統(tǒng)規(guī)定了電磁兼容性的要求及試驗(yàn),并作為專用標(biāo)準(zhǔn)中電磁兼容性要求和試驗(yàn)的基礎(chǔ)。標(biāo)準(zhǔn)對設(shè)備或系統(tǒng)的外部標(biāo)記、隨機(jī)文件以及電磁兼容性等級作出了規(guī)定。
2.1 11個主要測試項(xiàng)目
在電磁兼容測試中,又可以把EMI問題和EMS問題按照電磁能量的傳遞具體劃分為4類基本的EMC子問題:輻射發(fā)射、輻射敏感度、傳導(dǎo)發(fā)射和傳導(dǎo)敏感度,如圖2。YY 0505根據(jù)電磁能量4種不同的能量傳遞方式,共設(shè)計(jì)了11個試驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)的電磁兼容性。其中傳導(dǎo)發(fā)射、諧波電流、電壓波動與閃爍屬于傳導(dǎo)發(fā)射類試驗(yàn);輻射發(fā)射屬于輻射發(fā)射類試驗(yàn);靜電放電抗擾度、電快速脈沖群抗擾度、浪涌抗擾度、電壓暫降和短時(shí)中斷抗擾度屬于傳導(dǎo)敏感度試驗(yàn);射頻感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾抗擾度、射頻電磁場輻射抗擾度、工頻磁場抗擾度屬于輻射敏感度實(shí)驗(yàn)。下面,將對這11個試驗(yàn)分別進(jìn)行介紹。
2.1.1 傳導(dǎo)、輻射發(fā)射
醫(yī)用電子設(shè)備在正常工作時(shí),同時(shí)通過電纜及周圍空間輻射電磁能量。頻率在0.15~30 MHz的電磁波,頻率較低,主要通過電纜輻射能量。頻率在30 MHz~1 GHz甚至1 GHz以上的電磁波,主要通過空間介質(zhì)向外輻射能量。輻射的能量如果被其他醫(yī)用電子設(shè)備接收,則可能產(chǎn)生設(shè)備的誤操作,進(jìn)而影響其他設(shè)備的工作。為此很多國家標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定了對電磁發(fā)射的測量方法和限值,簡單的電動機(jī)驅(qū)動的設(shè)備或系統(tǒng)引用GB 4343.1,以照明為主要功能的設(shè)備或系統(tǒng)引用GB 17743,信息技術(shù)類的設(shè)備或系統(tǒng)引用GB 9254,除上述的其他設(shè)備或系統(tǒng)引用GB 4824。并且引用GB 4824、GB 9254的設(shè)備或系統(tǒng)還要依據(jù)設(shè)備使用場所決定分類:非家用和不直接連接到住宅低壓供電網(wǎng)的為A類設(shè)備,家用設(shè)備和直接連接到住宅低壓供電網(wǎng)中使用的為B類,B類的發(fā)射限值要嚴(yán)于A類。
2.1.2 諧波電流發(fā)射、電壓閃爍與波動
這兩項(xiàng)要求限制的是設(shè)備或系統(tǒng)在運(yùn)行中對所連接的供電網(wǎng)的影響。
諧波電流發(fā)射限值引用GB 17625.1,醫(yī)用電子設(shè)備在電網(wǎng)中產(chǎn)生諧波的根本原因是由于醫(yī)用設(shè)備設(shè)計(jì)過程中使用了大容量的非線性負(fù)載。當(dāng)電流流經(jīng)負(fù)載時(shí),與所加電壓不呈線性關(guān)系,導(dǎo)致電路中產(chǎn)生諧波電流。諧波的出現(xiàn)降低了電能的使用效率,造成醫(yī)用設(shè)備超溫、產(chǎn)生噪聲,加速絕緣老化,使用壽命縮短,甚至發(fā)生故障或燒毀。一般來講,奇次諧波引起的危害比偶次諧波更多更大,因此標(biāo)準(zhǔn)中對奇次諧波提出了更高的要求,從而保證醫(yī)用設(shè)備不會對公共電網(wǎng)造成過大的影響。需要注意的是YY 0505對每相電流>16 A的設(shè)備或系統(tǒng)不做要求。
電壓閃爍與波動限值引用GB 17625.2。對于大功率醫(yī)用電氣設(shè)備,負(fù)荷電流的大幅度增減,會引起電壓急劇變化,電壓調(diào)幅波中的*高電壓與*低電壓均方根值之差,稱為電壓波動。電壓波動和有時(shí)伴隨產(chǎn)生的電壓閃變會導(dǎo)致醫(yī)用設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定,照明閃爍,影響正常生產(chǎn)、生活甚至人身健康。因此,須對電壓波動和閃爍進(jìn)行抑制,使其控制在允許范圍內(nèi)。
2.1.3 靜電放電抗擾度ESD
有許多因素會造成電荷的積累,包括接觸壓力、摩擦系數(shù)和分離速度等。這時(shí)如果接觸醫(yī)療電子設(shè)備,那么靜電電荷就可能轉(zhuǎn)移到設(shè)備上,在指尖和設(shè)備之間產(chǎn)生一個電弧。電荷的直接轉(zhuǎn)移能導(dǎo)致如集成電路芯片等電子元器件長久性的損害,并導(dǎo)致系統(tǒng)故障。靜電釋放(Electro-Static Discharge,ESD)在今天是一個非常普遍的問題。按照YY 0505要求,設(shè)計(jì)模擬了空氣放電和接觸放電兩種放電形式,對空氣放電要求設(shè)備能承受±2 kV、±4 kV和±8 kV,接觸放電能承受±2 kV、±4 kV和±6 kV。試驗(yàn)方法引用GB/17626.2。
2.1.4 射頻電磁場輻射抗擾度
如今的環(huán)境中充斥著大量不同頻率的電磁場,比如電臺、電視臺、固定或移動式無線電發(fā)射臺以及各種工業(yè)輻射源產(chǎn)生的電磁場。在電磁場中運(yùn)行的醫(yī)療設(shè)備會受到該電磁場的作用,從而影響設(shè)備的正常運(yùn)行。YY 0505對射頻電磁場輻射抗擾度的等級要**,在80 MHz~2.5 GHz頻率范圍內(nèi)非生命支持設(shè)備或系統(tǒng)能承受3 V/m 的干擾場強(qiáng),生命支持設(shè)備或系統(tǒng)更要達(dá)到10 V/m。試驗(yàn)方法引用GB/17626.3。
2.1.5 電快速脈沖群抗擾度
當(dāng)供電網(wǎng)上大功率感性負(fù)載、開關(guān)或繼電器切換時(shí),會產(chǎn)生具有相當(dāng)能量的快速瞬變脈沖干擾,耦合到電源端口、信號和控制端口而影響設(shè)備或系統(tǒng)的運(yùn)行。YY 0505對電快速脈沖群抗擾度的等級要**交流和直流電源線能承受±2kV,超過3 m的信號電纜和互連電纜能承受±1kV。試驗(yàn)方法引用GB/ 17626.4。
2.1.6 浪涌抗擾度
雷電產(chǎn)生的電磁場會在輸電線上感應(yīng)出高能的瞬態(tài)電壓,大功率負(fù)載在開關(guān)時(shí)也會產(chǎn)生同樣的現(xiàn)象,這種高能瞬態(tài)電壓會沿著電源線對設(shè)備或系統(tǒng)產(chǎn)生影響。YY 0505對浪涌抗擾度的等級要**交流電源線線對地能承受±0.5 kV、±1 kV 和±2 kV,線對線能承受±0.5 kV和±1 kV。試驗(yàn)方法引用GB/ 17626.5。
2.1.7 射頻感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾抗擾度
如果設(shè)備或系統(tǒng)受到的電磁場輻射頻率較低時(shí),電磁波在線纜上產(chǎn)生傳導(dǎo)騷擾影響設(shè)備或系統(tǒng)的運(yùn)行。YY 0505對射頻感應(yīng)的傳導(dǎo)騷擾抗擾度的等級要**在150 kHz~80 MHz頻率范圍內(nèi):非生命支持設(shè)備或系統(tǒng)能承受3 Vrms的干擾,生命支持設(shè)備或系統(tǒng)除此之外還要在工科醫(yī)頻段上承受10 Vrms的干擾。試驗(yàn)方法引用GB/ 17626.6。
2.1.8 電壓暫降和短時(shí)中斷抗擾度
供電網(wǎng)發(fā)生故障或負(fù)載發(fā)生劇烈變化,會引起供電短時(shí)中斷后又恢復(fù)或者電壓短時(shí)降低的現(xiàn)象,進(jìn)而影響設(shè)備或系統(tǒng)的正常工作。YY 0505通過測試系統(tǒng)分別在電壓暫降95%、持續(xù)10 ms,電壓暫降60%、持續(xù)100 ms和電壓暫降30%、持續(xù)500 ms三種不同情況下的結(jié)果,分析設(shè)備的電壓暫降抗擾度。通過測試系統(tǒng)在電壓中斷5 s的情況下的結(jié)果,分析設(shè)備的短時(shí)中斷抗擾度。試驗(yàn)方法引用GB/17626.11。
2.1.9 工頻磁場抗擾度
當(dāng)導(dǎo)體通過工頻電流后會在其周圍產(chǎn)生一定磁場,進(jìn)而影響某些對磁場靈敏度高的設(shè)備或系統(tǒng)。YY 0505對工頻磁場抗擾度的等級要**能承受磁場強(qiáng)度為3 A/m的干擾。試驗(yàn)方法引用GB/17626.8。
以上這11項(xiàng)要求的測試雖然都引用了對應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn),但YY 0505根據(jù)醫(yī)療器械的特殊性對試驗(yàn)提出了一些具體的要求,如標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,需要的話試驗(yàn)中要提供患者生理模擬信號來模擬設(shè)備或系統(tǒng)的正常運(yùn)行,對患者耦合點(diǎn)要使用模擬手,同時(shí)患者耦合點(diǎn)必須處在試驗(yàn)環(huán)境中等,以便更加**準(zhǔn)確地考察設(shè)備或系統(tǒng)在正常工作時(shí)的電磁兼容性。YY 0505對抗擾度等級的要求不但達(dá)到了所引用標(biāo)準(zhǔn)的較高水平,而且對于生命支持設(shè)備的部分項(xiàng)目提出了更高上等的要求。但標(biāo)準(zhǔn)也允許設(shè)備或系統(tǒng)的抗擾度等級低于標(biāo)準(zhǔn)要求,但必須是出于重要的物理方面、技術(shù)方面或生理方面的限制才可以接受。對于抗擾度試驗(yàn)結(jié)果的判定,YY 0505以36.202.1 j作為通用符合性判據(jù),列出了一系列設(shè)備或系統(tǒng)在受到指定等級的干擾時(shí)不允許出現(xiàn)的現(xiàn)象,包括器件故障、可編程參數(shù)的改變、運(yùn)行模式的改變、虛假報(bào)警、會干擾診斷**或監(jiān)護(hù)的波形噪聲或影像失真等。