现代医学电子仪器原理与设计

第八章医用电子仪器的电气平安医用电子仪器电气平安概述电击医用电子仪器的接地医用电子仪器的平安目的及其测试医用电子仪器的平安规范1/18/20241第一节医用电子仪器电气平安概述一、医用电子仪器电气平安的概念在工程学上没有“不发生危险〞的能够，该当说平安是指“发生危险的概率尽能够小〞。电气平安：把不测电击的危险降低到尽能够小的程度。对于医用电子仪器在临床上的运用而言，平安指的是运用过程中确保对患者和医护人员不呵斥危害，即保证人员的平安。另外，广义而言，医用电子仪器的电气平安还应包括仪器本身的平安。2二、电流的生理效应人体的体液是包含有多种离子的液体构成的，是一种比较复杂的特殊电解质，因此人体本身就是一个良好的导体，当人体成为电路的一部分时，就有电流经过人体，从而引起生理效应。留意：引起生理效应和人体损伤的直接要素是电流而不是电压。电流经过人体时，主要以热效应、刺激效应和化学效应三种方式影响人体组织。3二、电流的生理效应1.热效应2.刺激效应热效应(又称为组织的电阻性发热):当电流经过人体组织时会产生热量，使组织温度升高，严重时就会烧伤组织。低频电与直流电的热效应主要是电阻损耗。高频电除了电阻损耗外，还有介质损耗。人体通人电流时，在细胞膜的两端会产生电势差，当电势差到达一定值后，会使细胞膜发生兴奋。4二、电流的生理效应3.化学效应人体组织中一切的细胞都浸没在淋巴液、血液和其他体液中。人体通电后，上述组织液中的离子将分别向异性电极挪动，在电极处形成新的物质。这些新构成的物质有好多是酸、碱之类的腐蚀性物质，对皮肤有刺激和损伤作用。直流电的化学效应除了电解作用外还有电泳和电渗景象，这些景象能够改动部分代谢过程，也能够引起浸透压的变化。5三、人体的导电特性6结论：流经人体电流的大小主要取决于皮肤阻抗的大小，而皮肤阻抗〔Zi〕又与电流频率、皮肤条件和接触条件有关。三、人体的导电特性7三、人体的导电特性8第二节电击一、电击的种类电击：是指超越一定数值的电流经过人体而引起的各种电损伤，如心室纤颤、心肌收缩及皮肤烧伤等。电击宏电击〔强电击〕微电击(一)宏电击当电流从人体外经皮肤流进人体内，然后再流出体外，使人体遭到的电击称为宏电击。9一、电击的种类(二)微电击进入人体内在心脏内部所加的电流所引起的电击叫做微电击。微电击的平安极限普通是10μA。因此，凡是直接用于有能够经过心脏电流的医用电子仪器，其漏电流绝对不能超越10μA，否那么就会呵斥危险。这类仪器必需定期检测漏电流。10二、影响电击的要素1.电流的影响11二、影响电击的要素最小感知电流：是指当电流从零添加到刚刚开始有刺激感时的电流。人体的电击损伤正比于(I/A)2t。式中，I为经过接触面的电流；A为接触区的外表积；t为电流作用时间。由此可看出，电流对人体的损伤程度与电流密度的平方和通电时间成正比。12二、影响电击的要素13二、影响电击的要素⑴觉得阈。觉得阈是人所能感遭到的最小电流。但该值因人而异，并且随测试的不同而不同，普通以为觉得阈在0.5～1mA范围内。⑵脱开电流。脱开电流的定义是人体通电后，肌肉能恣意缩回的最大电流。当经过人体的电流大于脱开电流时，被害者的肌肉就不能随意缩回，特别是手掌部位触及电路时构成所谓“粘结〞，受害者就会丧失自卫才干而继续遭到电击，直至死亡。14二、影响电击的要素⑶呼吸麻木、疼痛和疲劳。较大的电流会引起呼吸肌的不随意收缩，严重的会引起窒息，肌肉的不随意强直性收缩和猛烈的神经兴奋会引起疼痛和疲劳。⑷心室纤颤。心脏肌肉组织失去同步称为心室纤颤，它是电击死亡的主要缘由。普通人的心室纤颤电流阈值为75～400mA。⑸继续心肌收缩。当体外刺激电流大到1～6A时，整个心脏肌肉收缩，但电流去掉后，心脏仍能产生正常的节律。15二、影响电击的要素⑹烧伤和身体的损伤。过大的电流会由于皮肤的电阻性发热而烧伤组织，或强迫肌肉收缩，使肌肉附着从骨上分开。2.电压的影响当人体阻抗一定时，经过人体的电流与电压成正比。3.频率的影响电流的生理效应随刺激电流频率而异。在100Hz以上时，刺激效应随着电流频率添加而减弱。16二、影响电击的要素当频率高于1MHz时，刺激效应完全消逝。低于50Hz的低频电流刺激效应也减弱。刺激效应最强的是50～60Hz的交流电，对人体电击损伤程度最严重。4.电流途径的影响电流经过人体的途径也是呵斥损伤程度的一个重要要素。假设电流途径中有大脑、心脏等重要器官，那么危害性最大。5.其他要素的影响17三、产生电击的要素要素：一是人与电源之间存在两个接触点，构成回路；二是两点之间存在电位差；三是电源的电压高至足以产生生理效应。常见的电击效应有以下几种：(一)接地不良引起的电击18三、产生电击的要素19三、产生电击的要素20三、产生电击的要素(二)皮肤电阻减小当人体与带电体接触时，皮肤电阻能限制流过身体的电流。因此任何减小皮肤电阻的诊疗措施，都会添加人体的电流，以致使病人更容易遭到电击。(三)走漏电流走漏电流主要由电容性的位移电流和电阻性的传导电流组成。电容性走漏电流的构成是由于两根电源线间或电源线与金属外壳间存在分布电容，电线越长，分布电容就越大。21三、产生电击的要素电阻性走漏电流的构成是由于电源线或变压器一次侧与金属外壳间存在的绝缘电阻呵斥的。22三、产生电击的要素23三、产生电击的要素(四)心脏有导电通路24三、产生电击的要素25三、产生电击的要素26四、预防电击的措施防止电击的根本方法主要有两种：一是将病人与一切接地物体和一切电源绝缘；二是把病人所能接触到的导电部分外表都坚持在同一电位。(一)根底绝缘把医用电子仪器的电路部分进展绝缘：通常采用金属和绝缘外壳将整个仪器覆盖起来，使人接触不到。27四、预防电击的措施28四、预防电击的措施(二)附加维护29四、预防电击的措施(三)维护接地30四、预防电击的措施(四)漏电断路器(五)地线的配电方式31(六)等电位化等电位化导线〔又叫等电位接地线〕：为了得到等电位的导线。要求离患者2.5m范围内要获得等电位化，这个范围称为患者环境。四、预防电击的措施32(七)辅助绝缘在根底绝缘的根底上，再加强一层绝缘，称为辅助绝缘。四、预防电击的措施33四、预防电击的措施(八)医用平安超低压电源假设电源电压很低，即使人体接触到电路，也没有损伤的危险，也不怕根底绝缘损坏，这个电压值普通在25～50V之间。有时把电源放在仪器内部，和外部毫无联络，即使人体接触仪器外壳，产生电流的危险也会大大减少。(九)患者维护人体接地不良确实是呵斥触电事故的重要缘由之一，因此去掉或改良人体接地也是保证平安的常用措施。34四、预防电击的措施1.人体小电流接地35四、预防电击的措施2.右腿驱动电路36四、预防电击的措施3.绝缘接触部分将衔接心脏的触体部分同仪器的其他部分以及接地点绝缘，并称为绝缘触体部分或称浮动触体部分。其优点是，可依托绝缘阻抗限制电流，特别是限制从外部经过触体部分流入仪器地线的漏电流。3.信号隔离在绝缘部分中，触体部分和其他部分之间进行了电路绝缘，但还必需可以传送信号，能实现这个义务的就是信号隔离。37四、预防电击的措施信号隔离是依托电磁耦合或光电耦合来传送信号的。38第三节医用电子仪器的接地一、医院配电方式根据电源的负载接地方式分别维护接地兼用方式维护接地1.分别维护接地一条相线和中线之间为单相220V交流电源，相线之间为380V交流电源，运用时中线接地，负载分别另行接地。39一、医院配电方式2.兼用方式40一、医院配电方式41一、医院配电方式3维护接地方式42二、平安接地医用电子仪器系统中的接地线分为两类：一类是平安接地，也称为维护接地；一类是任务接地，即对信号电压设立基准电位。保护接地地线必需是大地电位，而任务地线的设计可以是大地，也可以不是。在医用电子仪器中平安接地可以分为三种：即电源接地；维护接地；和等电位接地。43二、平安接地1.电源接地规定：电源侧接地的规范电阻值为10Ω以下。接地电阻值构成的负载仪器外壳电位称为接触电位。2.维护接地维护接地是为了把漏电流和绝缘失效时的事故电流平安地流入大地而附加的接地维护。3.等电位接地当有接地电流流过时，假设产生的接地电位与人体电位相等，那么电流就不会流过人体。44三、多台仪器接地多台设备并用时，接地方式有三种方法〔图8-20〕：(a)分别单独接地；(b)共用一条接地线；〔c〕两种方法并用。45三、多台仪器接地46第四节医用电子仪器的平安目的及其测试国家规范和IEC规范规定了医用电子仪器常用的平安目的：绝缘电阻、漏电流、接地线电阻和接地电阻。一、平安目的的含义及其丈量方法(一)漏电电流的测试漏电流：指的是经过仪器的绝缘物与仪器功能无关的电流。普通有接地漏电流、机壳漏电流和患者漏电流三种。接地漏电流：从电源的一次侧回路经过绝缘物流入仪器平安地线的电流。47一、平安目的的含义及其丈量方法机壳漏电流：从仪器外壳的某处经过平安地线以外导体流入大地的电流。患者漏电流：从仪器的触体部分经过患者流入大地的电流。(二)绝缘电阻的测试漏电流是从市用交流电源的火线经过电阻和电容耦合向接地端钮