《医学仪器设计》课件10 医学仪器的电气安全.ppt

1、 8.1 电流的生理效应 8.2 电击 8.3 电击防护措施 8.4 电气安全参数测试,医学电子仪器原理与设计,第八章 医学仪器的电气安全,医学仪器 为现代医学发展作出了重要贡献 临床医学、基础医学无处不用医学仪器 现状 医学仪器的安全使用管理 （在我国）落后于医学仪器的发展,第八章 医学仪器的电气安全,医学仪器的安全可靠十分重要 特别是在发生微电击事故后，引起高度重视 (1969)因插入导管的患者被远远低于感觉阈值的微电流击毙 1970年代初，美国统计： 约1200人/年，在医疗过程中遭到致命性电击(特别是微电击),第八章 医学仪器的电气安全,最初的医用电气设备安全标准： 美国： UL544

2、 法国： VDE0750 加拿大：CSA22.2 日本： 医用电气设备暂定安全标准 1978 IEC 医用电气设备安全通则 IEC International Electrotechnical Commission 国际电工委员会 归纳了各国安全标准：概念明确、内容全面、水平较高 之后，各国参考IEC准则制定(修订)了本国标准,第八章 医学仪器的电气安全,中国： 1983：WS2295医用电气设备安全要求(部颁标准) 1988：GB9706.188医用电气设备第一部分： 安全通用要求 (国标) 1995： 修订 GB9706.11995 等同 IEC601-1(1988) 医用电气设备第一部分

3、：安全通用要求(第二版),第八章 医学仪器的电气安全,医学仪器安全性存在的问题： 医疗单位重视不够 缺少测量准确、使用简便的检测仪器 某些非标准医疗仪器非法使用 （未制定标准，未接受国家指定部门的正式检验）,第八章 医学仪器的电气安全,此外，医疗器械安全性还有更广泛的要求，诸如电安全、机械安全、化学安全、热安全、放射性安全、光安全、生物安全等 本章仅讨论电气安全,第八章 医学仪器的电气安全,第八章 医学仪器的电气安全,医学要求电气安全的目的： 从患者特点出发，充分考虑医用要求的安全性和可靠性 尽量减少仪器相互干扰和外界影响 确保仪器正常性能 达到医疗既安全又有效,患者特点： 对外来作用非常脆弱

4、（无力判断、无力摆脱） 对外来刺激抵抗力降低（如，刺激引起室颤） 使用医疗设备往往带来不舒适，甚至一定痛苦 因病、麻醉及药物影响可能失去意识，失去对危险的感觉, 8.1 电流的生理效效应,人体的体液由含有多种离子的水构成，是较复杂的特殊电解质 正离子：Na+、K+、Ca2+、Mg2+ 副离子：HCO2-、Cl-、HPO42-、SO42- 有机酸、蛋白质 人体表面导电能力很差，而内部大部分却是导电能力较强的体液 当人体成为电路一部分时 则电流流过 引起各种生理效应，甚至损伤,电流对人体的基本作用,热效应 刺激效应 化学效应, 8.1 电流的生理效应,一、电流对人体的基本作用 引起各种生理效应和损

5、伤的直接因素是电流而不是电压 1热效应 皮肤阻抗较高，与电流接触的皮肤处产生大量热 使温度升高 造成人体灼伤、碳化危及生命安全 2刺激效应 足够大电流通过人体 形成局部电位 刺激神经和激发动作电位 (action potential) 兴奋组织 肌肉纤维挛缩，产生肌肉强直，肌肉极度紧张 产生过度疲劳和生理功能损伤，甚至危及生命, 8.1 电流的生理效应,3化学效应 体液是一种特殊电解质 在电流作用下将产生电解、电泳和电渗现象。 电解在直流（或低频）电压作用下，体内的正负离子将分 别向异性电极移动，电极处便形成新的物质： 阴极：Na+e Na 2Na2H2O 2NaOH+H2 形成碱和氢气 阳极

6、：2Cl-2e Cl2 2Cl22H2O 4HCl+O2 形成酸和氧气 影响人体组织的酸碱度和蛋白质的物理化学性质 原子态氧和氢若发生氧化和还原反应进一步生化过程 电泳使人体内胶体浓度发生变化 细胞电泳：直流电场作用下，细胞(带一定电荷) 向一定电极方向移动 电渗使人体内含水量发生变化, 8.1 电流的生理效应,二、人体的阻抗及其等效电路 1人体的阻抗 体表导电性能较差的皮肤 最外层：表皮，包括绝缘的角质层（决定皮肤阻抗） 中间层：有汗腺孔 最里层：真皮，有大量血管 皮下层有导电能力很强的体液 体内各组织阻抗都很小： 肌肉、脑是良导体 腱、腱鞘是不良导体 脂肪、骨头导电性最差 角质层 用RC并

7、联电路模拟 真皮和皮下层 用纯电阻R表示, 8.1 电流的生理效应,人体阻抗Z皮肤阻抗Z1体内阻抗Z2 (几十k ) (几百 ) ZZ1 Z1与电流频率、皮肤条件、接触情况有关, 8.1 电流的生理效应,2人体阻抗的等效电路,两种类型电流,电解质( 体 液 )传导 R 电介质(角质层)传导 RC,电流：A点穿过皮肤 深部组织 经皮肤B点 流出 电流沿阻抗小的血管、淋巴管流通，不一定通过AB间最短线路。 电流通过组织 引起各种生理效应, 8.2 电击,电击（Electric Shock） 超过一定量电流通过人体而引起各种电伤害 1宏电击（Macroshock） 人体受到高电压大电流而产生的电伤害

8、。 特征：电流经皮肤流入流出 主要指人体与电源接触而引起的触电事故 严重情况：电流从人体一侧手（或脚）流入 从另一侧手（或脚）流出 电流流经体内，引起肌肉挛缩，神经受到抑制 电流流经体表，只引起灼伤 心脏对电流最敏感：低强度电流刺激心肌 破坏心肌中电传导引起室颤（通常不可逆）, 8.2 电击,2微电击（Microshock） 人体心脏等重要器官受到微弱电流作用而引起的电伤害。 特征：电流直接通过心脏，电流从体内流出体外， 医用设备直接用于心脏检测或治疗，仪器设备 绝缘完好、工作正常、医务人员无感知 如由心导管电极，心脏起搏器电极引起微电击 测心内心电图、希氏束电图须可靠的防护措施 只要几十A（

9、35 A ） 就可引起心室纤颤（微电击） 心室流过180A电流，便停止搏动 微电击安全值 10A,3各种因素对电击程度的影响 电流、电压、持续时间、频率 、电流途径、人的适应性 (1) 电流的影响, 8.2 电击,(1) 电流的影响 电流对人体的损伤程度：,I电流强度 S接触区表面积 t电流作用时间,与I2、t成正比 感觉阈：人能感知的最小电流 脱开电流：人体通电后，肌肉能任意缩回的最大电流 呼吸麻痹、疼痛和疲劳：电流增大呼吸肌不随意收缩、 窒息、疼痛和疲劳 心室纤颤：心脏肌肉组织失去同步，电击造成死亡的主因 持续心肌收缩：16A的体外刺激电流，整个心肌收缩， 去掉电流，心脏能恢复正常节律 烧

10、伤和身体的损伤：过大电流烧伤皮肤组织，或强迫收缩， 使肌肉附着从骨上离开, 8.2 电击,(2) 电压的影响, 8.2 电击,交流电压的安全值： 干燥手：30V 湿手：20V 水中：10V 人体阻抗Z不是定值， 随电压U而变,(3) 持续通电时间的影响 人体耐受电流的能力与电流持续时间有关 时间延长人体发热出汗 阻抗逐渐减小 电流逐渐增大 若体重70kg，f50Hz，t0.033s，则 I02 t=0.027 I0 开始室颤的电流(A) t 电击持续时间(s) 一般安全限： f50Hz I1520mA 直流 I 50mA, 8.2 电击,(4) 频率的影响 f50Hz的电流对人体的电击伤害程度

11、最严重 组织细胞的离子将按f 频率往返运动 f50Hz 离子运动达细胞两端，骚动最大，破坏最大 f50Hz 离子往返次数减少，破坏减小 f50Hz 离子在细胞内移动范围变小，破坏性减小 人体阻抗与频率有关, 8.2 电击,(5) 电流途径的影响 如果电流途径上有大脑、心脏等重要器官，则危险很大 如果：左手右手 左手右脚 右手左脚，流过心脏，可能引起室颤，危及生命 如果：左脚右脚，只造成不同程度灼伤, 8.2 电击,(6) 人的适应性 同样电流强度下： 女性受电击伤害比男性严重 小孩受电击伤害比大人严重 有病体弱者受电击伤害比强壮健康人严重 同一个人： 电流变化率较小时适应性较强, 8.2 电击

12、,4产生电击的因素 仪器故障漏电、容性耦合漏电、接地不良、 非等电位接地、皮肤电阻减小 (1) 仪器故障漏电, 8.2 电击,(2) 电容性耦合漏电, 8.2 电击,(3) 外壳未接地或接地不良, 8.2 电击,(3) 外壳未接地或接地不良, 8.2 电击,(4) 非等电位接地, 8.2 电击,(4) 非等电位接地, 8.2 电击,(5) 皮肤电阻减小, 8.3 电击防护措施,基本要求： 使用的仪器必须达到电气安全标准要求 普及安全用电常识 定期培训有关人员 制定严格规章制度 配电系统符合标准 定期检查设备接地 减少不安全因素 发生故障或危险时采取有效措施,防止电击 的措施,隔离防护患者身体与

13、带电体完全隔离 接地防护限制病房内导体上电压或通过的电流,1接地防护 保护接地、等电位接地 2隔离防护 双重绝缘、悬浮隔离 3其他防护 低压供电、右腿驱动电路、保护装置 4地线埋置, 8.3 电击防护措施,1接地防护（保护接地、等电位接地）, 8.3 电击防护措施,保护接地 医用配电保护接地, 8.3 电击防护措施,三相五线制，零线N与保护地线PE分开 PE中无工作电流 减小工频干扰 避免触电,保护接地 仪器外壳接地, 8.3 电击防护措施,等电位接地 患者环境中所有导电表面处于相同电位，再接地, 8.3 电击防护措施,患者环境： 离患者2.5m以内范围，要达到等电位化(IEC安全标准),双重

14、绝缘 基础绝缘, 8.3 电击防护措施,2隔离防护 双重绝缘 附加保护措施, 8.3 电击防护措施,A 保护接地 B 双重绝缘 C 电池供电 D 悬浮隔离,2隔离防护 双重绝缘 辅助绝缘, 8.3 电击防护措施,在基础绝缘上再增加一种绝缘 增强基础绝缘,悬浮隔离 电磁耦合, 8.3 电击防护措施,悬浮隔离 光电耦合, 8.3 电击防护措施,3其他防护 低压供电电池供电 医用安全超低压电源 （2550V）, 8.3 电击防护措施,右腿驱动电路, 8.3 电击防护措施,方法： 共模电压 倒相放大器A3 限流电阻R7 右腿(不接地) 作用： 减小共模干扰 减小对地漏电流,保护装置 漏电断路 （动作时

15、间0.1s，灵敏电流：几mA）, 8.3 电击防护措施,4地线埋置 现代医院的病房、手术室、诊断室、治疗室必须配备良好地线 (1) 板式电极 紫铜板：面积1m2，厚度5mm，埋入1.52m深地下 接地线：16mm2电缆，焊接到接地电极，并做防腐处理 垂直比水平放置接地电阻小，土中可加电解质(食盐)和炭粉 (2) 圆钢棒式电极 接地电极：钢钎长2.5m、直径19mm，圆坑深1m，砸入多根 钢钎，用扁铁焊接 接地线：25mm2电缆，焊接到接地电极 (3) 用建筑物基础结构作接地电极 利用建筑物地下钢筋混凝土基础和铁架作为接地电极 （当前最好接地方法） (4) 在接地电极周围加长效降阻剂, 8.3

16、电击防护措施, 8.4 电气安全参数测试和检验,医用电气设备安全标准： 国家标准：GB9706.11995 医用电气设备第一部分：安全通用要求 等同 IEC601-1(1988) 主要测试项目： 1漏电流 (1)接地漏电流 (2)外壳漏电流 (3)患者漏电流 2绝缘电阻 3接地线电阻 接地线电阻0.1, 8.3电气安全参数的测试和检验,医用电气设备安全标准（GB9706.11995 ） 类设备、类设备 类设备：基本绝缘附加安全保护接地保护 类设备：基本绝缘附加安全保护（双重绝缘或加强绝缘） 无接地保护 B型设备、BF型设备、 CF型设备 B 型设备（body，人体）：设备只可接触体表，不能与心

17、脏 接触。在流电流和保护接地方面，对电击防护相当可靠。 BF型设备（float，浮置）：设备除具有B型要求外，还具有 浮置的应用部分（与患者接触的全部附件）。 CF型设备（cor， 心脏）：主要用于直接与心脏接触的场合。 流电流很小，具有浮置的应用部分，带有标志。 例：普通心电仪可定义为类BF型设备,1漏电电流测试 测量仪表, 8.3电气安全参数的测试和检验,毫伏表 量程：100mV 输入阻抗：100k 并联 1 k电阻 0.15F电容 模拟测试对象(人),1漏电电流测试 接地漏电流, 8.3电气安全参数的测试和检验,流过保护接地导线的电流 仪器通电状态测试,1漏电电流测试 机壳漏电流, 8.3电气安全参数的测试和检验,1漏电电流测试 患者漏电流, 8.3电气安全参数的测试和检验,2绝缘电阻测试, 8.3电气安全参数的测试和检验,3接地线电阻测试, 8.3电气安全参数的测试和检验,4接地端钮的检查 墙壁接地端钮间检查, 8.3电气安全参数的测试和检验,4接地端钮的检查 接地母