1、第八章：医学仪器的电气安全,“安全”一词最通俗的解释是“没有危害”或“不发生危险”，但是在工程学上没有“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”。,一、工程上解决电气安全的任务：,应用有关电气危害方面的知识，考虑和设计了许多保护装置，把意外电击的危险降低到尽可能小的程度,各个国家也都颁布了医疗设备的电气安全标准，如美国的UL544、法国的VDE0750、日本的医用电气设备暂定安全标准以国际电气标准委员会IEC的“IEC医用电气设备安全通则”为标准。我国采用IEC的标准作为我国的医用电气设备安全标准颁布并执行（称为GB9706.1-1995医用电气设备 第一部分：安全通用要求
2、）。 规范我国医用电气设备的安全。,二、电流的生理效应,结论：引起生理效应和人体损伤的直接因素是电流而不是电压,一、电流对人体组织的基本作用,1热效应 ：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。,2. 刺激效应：人体通入电流时，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。 如为肌肉细胞，则发生与意志无关的力与运动，或使肌肉处于极度紧张状态，产生过度疲劳；如为神经细胞则产生电刺激的痛觉。,3化学效应。 人体通电后，人体组织液中的离子将分别向
3、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。,二、影响电流生理效应与损伤程度的因素,1电流强度：电流越大，影响越大，反之，则越小。 （1）感觉阈：感觉阈是人所能感受到的最小电流。一般认为感觉阈在0.5l mA范围内。 （2）脱开电流：是指人体通电后，肌肉能任意缩回的最大电流。 （3）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。,（4）心室纤
4、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75400 mA （5）持续心肌收缩：当体外刺激电流大到16 A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。 （6）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。然而电流的大小并不与作用于人体的电压成正比,这是因为实际的人体阻抗Z与电压V之间的关系并非是线性的缘故。一般公认交流电压的安全值对于干燥的手是30V,湿手是20V,浸在水中为10V。,3电流频率：,电流频率与刺激效应间的关系 实验证明，当频率高于10
5、0 Hz时，刺激效应随着电流频率增加而减弱；当频率高于1 MHz时，刺激效应完全消失，只有生热作用。刺激效应最强的是5060 Hz的交流电，比50Hz更低的频率，其刺激效应也减弱。,4电流途径,同样的电流流过人体不同的部位和不同的器官，其生理效应与损伤程度大不一样，即电流的途径不同，引起的危险性也不同。电流的路径接近心脏、肺、大脑等重要器宫，就可能使心跳、呼吸停止，从而致人于死地。,宏电击：当电流加在体表上的两个点时，总电流中只有很小一部分流过心脏，这些加在体表上的宏大电流引起电击称为宏电击。,微电击：进入体内在心脏内部所加的电流所引起的电击叫做微电击，微电击的安全权限一般是10uA。,5人的
6、适应性,对电刺激的适应能力因人而异，通常，男人比女人强，大人比小孩强，强壮的人比虚弱的人强。即使是同一个人，在电流变化率较小时，适应性较强，因此危险性减小，电流变化率增加时，适应性减弱，危险性就增大。,三、产生电击的因素,产生电击的原因： 一、人与电源之间存在两个接触点，形成回路； 二、电源电压和回路电阻产生了较大的电流，该电流流过人体发生了生理效应。,产生电击的可能情况,1接地不良引起的电击 当电源相线(俗称火线)包覆的绝缘物被破坏或击穿而使相线碰触设备的机壳时,机壳就会带电。如机壳未与设备地线相连,人体接触该外壳时就会遭到电击。,在漏电中最值得注意的是仪器外壳漏电和连接到病人处的导联漏电，
7、这些漏电都可产生电击事故。,2皮肤电阻减小或消除,人被电击时，皮肤电阻限制了能够流过人体的电流。皮肤电阻随着皮肤水分和油脂的数量不同而变化。显然，皮肤电阻愈大，受到电击的危险性就愈小。皮肤电阻的大小还与接触面积有关，接触面积愈小，皮肤电阻愈大，因此应当尽可能地减少人体与仪器外壳直接相触的机会和面积。,3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有分布电容,电线越长,分布电容就越大。对于220V、50Hz的交流市电,有145pF的分布电容即能产生大于10A的漏电流,足可使电过敏病人遭到微电击。电阻性泄漏电流的形成
8、是由于电源线或变压器初级与金属外壳间存在的绝缘电阻造成的。由于这个电阻一般很大，所形成的漏电流，与电容性泄漏电流相比要小的多。,4心脏有导电通路,如果病人同时使用几台电子设备,特别是同时使用体内和体外探测探头时,更容易造成微电击,在非等电位接地的情况下也容易造成微电击。电动机或大型变压器等强电设备都有接地保护线。由于离配电所较远,较大的地电流可能形成地表的不同电位。如果医用电子仪器接地点选在离强电设施较近的地方且两点接地,就会将这一非等电位通过仪器地线送入机内或病员身上,造成电击,四 、电击防护措施,防止电击的基本着眼点有两个方面。 其一是将病人同所有接地物体和所有电流源绝缘开来； 其二是把病
9、人所有够得着的导电表面都保持在同一电位上，但不一定是地电位。目的都是使通过病人的电流减到最小,1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。图示,Rp为人体的等效电阻;Zi为绝缘的阻抗,用Ri和Ci并联表示。由于绝缘使流过人体的电流减小,在很多场合下可以防止电击事故。,2附加保护,如果绝缘阻抗Zi值很小,则通过人体电阻Rp的电流增大。为了使Rp上电流在允许值以下,就要采取附加保护措施。,3. 保护接地,将仪器的金属外壳等容易接触的导体接地,4漏电断路器,在电路上安放漏电断路器。当有大的电流通过人体时,漏电断路器能在短时间内切断电路,保护人
10、体安全。强电击时,如果只在0.1s内有100mA的电流流过人体,仍可保证安全。,5地线配电方式,从系统接地点引出配线连接到仪器的外壳上,使接地电流流过导线,以降低接触电压。另外接地电流增大后,流过电流断路器可使电路切断。,等电位化,把仪器周围的所有导电体和仪器外壳用低电阻线连接在一起。此时,人体即使接触到仪器,因和外壳之间不存在多大的电位差,所以也能够防止电击事故。,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,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,也没有损伤危险,也不怕基础绝缘损坏。这个电压值一般在2550V之间,有时把电源放在仪器内部,和外部毫无联系,即使
11、人体接触仪器外壳,产生电流的危险也会大大减少。,患者保护,人体接地是造成触电事故的一个重要原因，因此取消人体接地是最根本的安全用电措施。,人体小电流接地,正常情况下,人体通过一定的电阻接地。一旦人体受到电击,电阻则限制通过人体的电流使之成为安全电流。这样使人体电位既保持为零电位,又对病人没有潜在危险,右腿驱动,绝缘接触部分,将连接心脏的触体部分同仪器的其它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。,8-4 一些电气安全参数的测试和检验,1漏电电流的测试 (1)接地漏电流：在保护接地线断开的单一故障
12、条件下，如果接地的人体接触到与保护接地导线相连的可触及导体（如外壳），则这个对地漏电流将通过人体流到地（流过保护接地导线的电流）。,(2)机壳漏电流：在人体能够接触的仪器外壳的金属部分和墙壁接地端钮（大地）之间的电流（从外壳流向大地的电流）。,（3）患者漏电流,(3)患者漏电流（患者漏电流I）：从应用部分（心电图机或脑电图机的导联线）经患者流入地的电流。,2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。 通常，采用直流绝缘电阻表（高阻表）来测量绝缘电阻值。测量方法是在两个被测点之间加500V直流电压，将此时
13、流过的直流电流折算为直流电阻在仪表上显示出来,一般测量电源线和接地端钮间以及电源线和患者引线间的绝缘电阻来表示绝缘电阻。,生物医学仪器漏电流允许值(mA),医学仪器安全分类,一、按防电击类型分为：外部电源供电设备（又分为I类设备、II类设备）和内部电源设备 I 类设备(class I equipment) 对电击的防护不仅依靠基本绝缘，而且还有附加安全保护措施，把设备和供电装置中固定布线的保护接地导线连接起来，使可触及的金属部件即使在基本绝缘失效时也不会带电的设备。,II类设备(class II equipment) 对电击的防护不仅依靠基本绝缘，而且还有如双重绝缘或加强绝缘那样的附加安全保护
14、措施， 但没有保护接地措施， 也不依赖于安装条件的设备。II类设备一般采用全部绝缘的外壳， 也可以采用有金属的外壳。,内部电源设备：能以内部电源进行运行 的设备。 具有和电网电源相连的内部电源设备，这种设备必须为双重分类，如I类内部电源、II类内部电源设备。,二、按防电击的程度分为： B型设备、BF型设备和CF型设备,B型设备：对电击有特定防护程度的设备，特别要注意允许漏电流，保护接地连接（若有）的可靠性。 BF型设备：有F型应用部分的B型设备。在允许漏电流规定值方面增加了对应用部分加电压的电流测量。 CF型设备：对电击的防护程度特别是在允许漏电流规定值的方面高于BF型设备，并具有F型应用部分的设备。,应用：B型、BF型设备适宜应用于患者体外或体内，不包括直接用于心脏。 B型设备可以是无应用部分的设备，也可以是有应用部分的设备，一般该应用部分与患者无导电连接。B型设备不能直接用于心脏。 BF型设备上有应用部分的设备，一般该应用部分与患者有导电连接。BF型设备不能直接用于心脏。 CF型设备主要是直接用于心脏。 例如，普通心电诊断仪可定义为II类、BF型设备。,
