现代医学电子仪器原理与设计8.ppt

31 03 2020 1 第八章医用电子仪器的电气安全 医用电子仪器电气安全概述 电击 医用电子仪器的接地 医用电子仪器的安全指标及其测试 医用电子仪器的安全标准 2 第一节医用电子仪器电气安全概述 一 医用电子仪器电气安全的概念 在工程学上没有 不发生危险 的可能 应当说安全是指 发生危险的概率尽可能小 电气安全 把意外电击的危险降低到尽可能小的程度 对于医用电子仪器在临床上的应用而言 安全指的是应用过程中确保对患者和医护人员不造成危害 即保证人员的安全 另外 广义而言 医用电子仪器的电气安全还应包括仪器本身的安全 3 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 就有电流通过人体 从而引起生理效应 注意 引起生理效应和人体损伤的直接因素是电流而不是电压 电流通过人体时 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 4 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 当电流通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 当电势差达到一定值后 会使细胞膜发生兴奋 5 二 电流的生理效应 3 化学效应 人体组织中所有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移动 在电极处形成新的物质 这些新形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现象 这些现象可能改变局部代谢过程 也可能引起渗透压的变化 6 三 人体的导电特性 7 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 8 三 人体的导电特性 9 第二节电击 一 电击的种类 电击 是指超过一定数值的电流通过人体而引起的各种电伤害 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 使人体受到的电击称为宏电击 10 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 微电击的安全极限一般是10 A 因此 凡是直接用于有可能通过心脏电流的医用电子仪器 其漏电流绝对不能超过10 A 否则就会造成危险 这类仪器必须定期检测漏电流 11 二 影响电击的因素 1 电流的影响 12 二 影响电击的因素 最小感知电流 是指当电流从零增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为通过接触面的电流 A为接触区的表面积 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 13 二 影响电击的因素 14 二 影响电击的因素 感觉阈 感觉阈是人所能感受到的最小电流 但该值因人而异 并且随测试的不同而不同 一般认为感觉阈在0 5 1mA范围内 脱开电流 脱开电流的定义是人体通电后 肌肉能任意缩回的最大电流 当通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形成所谓 粘结 受害者就会丧失自卫能力而继续受到电击 直至死亡 15 二 影响电击的因素 呼吸麻痹 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剧烈的神经兴奋会引起疼痛和疲劳 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原因 一般人的心室纤颤电流阈值为75 400mA 持续心肌收缩 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 16 二 影响电击的因素 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 使肌肉附着从骨上离开 2 电压的影响 当人体阻抗一定时 通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增加而减弱 17 二 影响电击的因素 当频率高于1MHz时 刺激效应完全消失 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 对人体电击伤害程度最严重 4 电流途径的影响 电流通过人体的途径也是造成伤害程度的一个重要因素 如果电流途径中有大脑 心脏等重要器官 则危害性最大 5 其他因素的影响 18 三 产生电击的因素 因素 一是人与电源之间存在两个接触点 形成回路 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 19 三 产生电击的因素 20 三 产生电击的因素 21 三 产生电击的因素 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 都会增加人体的电流 以致使病人更容易受到电击 三 泄漏电流 泄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 电容性泄漏电流的形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 22 三 产生电击的因素 电阻性泄漏电流的形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造成的 23 三 产生电击的因素 24 三 产生电击的因素 四 心脏有导电通路 25 三 产生电击的因素 26 三 产生电击的因素 27 四 预防电击的措施 防止电击的基本方法主要有两种 一是将病人与所有接地物体和所有电源绝缘 二是把病人所能接触到的导电部分表面都保持在同一电位 一 基础绝缘 把医用电子仪器的电路部分进行绝缘 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 28 四 预防电击的措施 29 四 预防电击的措施 二 附加保护 30 四 预防电击的措施 三 保护接地 31 四 预防电击的措施 四 漏电断路器 五 地线的配电方式 32 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范围内要取得等电位化 这个范围称为患者环境 四 预防电击的措施 33 七 辅助绝缘 在基础绝缘的基础上 再加强一层绝缘 称为辅助绝缘 四 预防电击的措施 34 四 预防电击的措施 八 医用安全超低压电源 如果电源电压很低 即使人体接触到电路 也没有损伤的危险 也不怕基础绝缘损坏 这个电压值一般在25 50V之间 有时把电源放在仪器内部 和外部毫无联系 即使人体接触仪器外壳 产生电流的危险也会大大减少 九 患者保护 人体接地不良确实是造成触电事故的重要原因之一 因此去掉或改进人体接地也是保证安全的常用措施 35 四 预防电击的措施 1 人体小电流接地 36 四 预防电击的措施 2 右腿驱动电路 37 四 预防电击的措施 3 绝缘接触部分 将连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 可依靠绝缘阻抗限制电流 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 但还必须能够传送信号 能实现这个任务的就是信号隔离 38 四 预防电击的措施 信号隔离是依靠电磁耦合或光电耦合来传送信号的 39 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 分别保护接地 兼用方式 保护接地 1 分别保护接地 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 使用时中线接地 负载分别另行接地 40 一 医院配电方式 2 兼用方式 41 一 医院配电方式 42 一 医院配电方式 3保护接地方式 43 二 安全接地 医用电子仪器系统中的接地线分为两类 一类是安全接地 也称为保护接地 一类是工作接地 即对信号电压设立基准电位 保护接地地线必须是大地电位 而工作地线的设计可以是大地 也可以不是 在医用电子仪器中安全接地可以分为三种 即电源接地 保护接地 和等电位接地 44 二 安全接地 1 电源接地 规定 电源侧接地的标准电阻值为10 以下 接地电阻值形成的负载仪器外壳电位称为接触电位 2 保护接地 保护接地是为了把漏电流和绝缘失效时的事故电流安全地流入大地而附加的接地保护 3 等电位接地 当有接地电流流过时 如果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 45 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 46 三 多台仪器接地 47 第四节医用电子仪器的安全指标及其测试 国家标准和IEC标准规定了医用电子仪器常用的安全指标 绝缘电阻 漏电流 接地线电阻和接地电阻 一 安全指标的含义及其测量方法 一 漏电电流的测试 漏电流 指的是通过仪器的绝缘物与仪器功能无关的电流 一般有接地漏电流 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通过绝缘物流入仪器安全地线的电流 48 一 安全指标的含义及其测量方法 机壳漏电流 从仪器外壳的某处通过安全地线以外导体流入大地的电流 患者漏电流 从仪器的触体部分通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通过电阻和电容耦合向接地端钮与患者接融部位流过的电流 测量这个电阻耦合值就是绝缘电阻测试 三 接地线电阻和接地端钮的测试 4