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1、第八章第八章 医学医学仪器的器的电气安全气安全l医医疗仪器的可靠性直接和病人的安全器的可靠性直接和病人的安全相关。因此安全的概念特相关。因此安全的概念特别重要。重要。l诊断断仪器不能正常工作，器不能正常工作，则会会导致致错误诊断；治断；治疗仪器不能正常工作，器不能正常工作，则不能充分治不能充分治疗或因治或因治疗过度而度而发生意生意外的危外的危险。各个国家均有自己的医各个国家均有自己的医疗设备的的电气安全气安全标准：准：l美国美国UL544UL544l法国法国VDE0750VDE0750l国国际电气气标准委准委员会会IECIECIECIEC医用医用电气气设备安全准安全准则l中国中国IECIEC标
2、准准医用医用电子子仪器器电气安全的概念：气安全的概念：l工程学上的工程学上的安全安全是指是指“发生危生危险的概的概率尽可能小率尽可能小”。l医用医用电子子仪器在器在临床上的安全，是指床上的安全，是指应用用过程中确保程中确保对患者和医患者和医护人人员不不造成危害，即造成危害，即保保证人人员的安全的安全；l医用医用电子子仪器的器的电气安全气安全还应包括包括仪器本身的安全器本身的安全。l医用医用电子子仪器性能的器性能的评价，包括：价，包括：1.1.仪器在器在临床床诊断活断活动中中有效性有效性的的评价；价；2.2.仪器操作的器操作的安全性安全性的的评价。价。主要内容：主要内容：l电流的生理效流的生理效
3、应l医医疗仪器的器的电气危气危险事故事故l产生生电击的因素的因素l电击的防的防护措施措施l电气安全参数的气安全参数的测试方法方法第一第一节 电流的生理效流的生理效应l人体的体液是由含有多种离子的水人体的体液是由含有多种离子的水构成，是一种构成，是一种较复复杂的的电解液；解液；l人体本身是人体本身是电的的导体，当人体成体，当人体成为电路的一部分路的一部分时，就有，就有电流通流通过人人体，从而引起生理效体，从而引起生理效应。l引起生理效引起生理效应和人体和人体损伤的直接因的直接因素是素是电流流而不是而不是电压。主要内容：主要内容：一、一、电流的生理效流的生理效应二、二、电击的基本概念的基本概念三、
4、影响三、影响电击的因素的因素一一.电流的生理效流的生理效应l电流通流通过人体人体时，以三种方式影响，以三种方式影响人体人体组织：1 1热效效应2 2刺激效刺激效应3 3化学效化学效应热效效应（组织的的电阻性阻性发热）l当当电流通流通过人体人体组织时会会产生生热量，量，使使组织温度升高，温度升高，严重重时就会就会烧伤组织；l低低频电与直流与直流电的的热效效应主要是主要是电阻阻损耗耗；l高高频电除了除了电阻阻损耗耗外，外，还有有介介质损耗。耗。刺激效刺激效应l人体通人体通过电流流时，在，在细胞膜的两端会胞膜的两端会产生生电势差，达到一定位后，会使差，达到一定位后，会使细胞膜胞膜发生生兴奋；l若是肌
5、肉若是肌肉细胞，胞，则产生生过度疲度疲劳；若；若为神神经细胞，胞，则产生生电刺激的痛刺激的痛觉。l通通电后受到刺激的只是距通后受到刺激的只是距通电点很近的神点很近的神经和和肌肉肌肉细胞；胞；l从体内通入的从体内通入的电流和从体外流入的流和从体外流入的电流流对心心脏的影响有很大的不同。的影响有很大的不同。化学效化学效应l人体人体组织中的中的细胞都浸在淋巴液、血液等体液胞都浸在淋巴液、血液等体液中。人体通中。人体通电后，后，组织液中的离子将分液中的离子将分别向向异性异性电极移极移动，在，在电极极处形成新的物形成新的物质；l新形成的物新形成的物质大多是酸、碱之大多是酸、碱之类的腐的腐蚀性物性物质，对
6、皮肤有刺激和皮肤有刺激和损伤作用；作用；l直流直流电的化学效的化学效应除除电解作用解作用外，外，还有有电泳泳和和电渗渗现象，象，这些些现象可能改象可能改变局部代局部代谢过程，程，也可能引起渗透也可能引起渗透压的的变化。化。 二、二、电击的基本概念的基本概念l电击超超过一定数量的一定数量的电流通流通过人体人体而引起的各种而引起的各种电伤害。如心室害。如心室纤颤，心肌收心肌收缩，皮肤，皮肤烧伤等。等。l心室心室纤颤是是电击导致人死亡的最主要致人死亡的最主要的因素；的因素；l电击有两有两类：1.1.强电击（宏（宏电击）2.2.微微电击强电击（宏（宏电击）l当当电源与人体接触源与人体接触时相当于相当于
7、连接一个等接一个等效效电阻，若形成一个回路，将有一定数阻，若形成一个回路，将有一定数量的量的电流流流流经人体；人体；l当当电流从人体外流从人体外经过皮肤流皮肤流进体内，然体内，然后再流出体外，使人体受到的后再流出体外，使人体受到的电击称称为强电击。l如：如：电流从人体的左手流入人体，流从人体的左手流入人体，经过人体后再从右手流出体外造成的人体后再从右手流出体外造成的电击。微微电击l电流从体内流出体外流从体内流出体外时所所产生的触生的触电现象，称象，称为微微电击；l通常，通常，宏宏电击的的电流加在体表的两个流加在体表的两个点上，点上，电流流强度度较大，但大，但实际流流过心心脏的的电流非常微弱；流
8、非常微弱；l微微电击进入人体内，比入人体内，比较容易引起容易引起较大的大的电流流流流过心心脏；l微微电击是一种特是一种特别危危险的的电击。l微微电击允允许的安全极限的安全极限电流一般是流一般是10uA10uA。l凡是直接用于有可能通凡是直接用于有可能通过心心脏电流流的医用的医用电子子仪器，如心器，如心脏起搏器，起搏器，心心导管管电极之极之类的的仪器，都易使患器，都易使患者遭受者遭受电击的危的危险，应定期定期检测漏漏电流。流。 三、影响三、影响电击的因素的因素l人体人体电阻是一个阻是一个电容性阻抗，阻抗随容性阻抗，阻抗随着着电源的源的电压和和频率的改率的改变而改而改变，还受到一些因素的影响。受到
9、一些因素的影响。影响影响电击损害程度的因素有：害程度的因素有：1.1.电流流2.2.通通电时间3.3.电流流频率率4.4.电流途径流途径5.5.人的适人的适应性性1 1电流流l电流越大，流越大，对生理效生理效应与与损伤程度的影程度的影响就越大；反之，响就越大；反之，则越小；越小；l假假设：通：通电时间为1s1s，电流从人体的一流从人体的一条臂流到另一条臂，或从一条臂流到异条臂流到另一条臂，或从一条臂流到异侧的一条腿。的一条腿。则从体外施于人体不同的从体外施于人体不同的低低频电流所引起的不同生理效流所引起的不同生理效应与与损伤程度如下：程度如下：人所能感受到的最小人所能感受到的最小电流流人体通人
10、体通电后，肌肉能任意后，肌肉能任意缩回的最大回的最大电流流心心脏肌肉肌肉组织失去同步称失去同步称为心室心室纤颧，是是电击死亡的主要原因。死亡的主要原因。过大的大的电流会由于皮肤的流会由于皮肤的电阻性阻性发热而而烧伤组织较大的大的电流会引起呼吸肌的不随意收流会引起呼吸肌的不随意收缩2 2通通电时间l通通电时间越越长，人体，人体损伤越越严重；重；l因因为皮肤皮肤电阻随着通阻随着通电时间的延的延长而而下降，从而使流下降，从而使流过人体的人体的电流增大。流增大。l电流的生理效流的生理效应随刺激随刺激电流流频率而异；率而异；l频率高于率高于100Hz100Hz时，刺激效，刺激效应随着随着电流流频率增加而
11、减弱；率增加而减弱；l频率高于率高于1MHz1MHz时，刺激效，刺激效应完全消失，只完全消失，只有生有生热作用。作用。l低于低于50Hz50Hz的低的低频电流，刺激效流，刺激效应也减弱。也减弱。l刺激效刺激效应最最强的是的是505060Hz60Hz的低的低频交流交流电，对人体人体电击的的伤害程度最害程度最严重。重。3 3电流流频率率l电流通流通过人体的途径是造成人体的途径是造成电击伤害的害的一个重要因素；一个重要因素；l同同样的的电流流流流过人体不同的部位和器官，人体不同的部位和器官，其生理效其生理效应与与损伤程度大不一程度大不一样，引起，引起的危的危险性也不同；性也不同；l电流的路径接近心流
12、的路径接近心脏、肺、大、肺、大脑等重要等重要器官，就可能使心跳、呼吸停止，从而器官，就可能使心跳、呼吸停止，从而致人于死地；致人于死地；4 4电流途径流途径l对电刺激的适刺激的适应能力不同因人而异。能力不同因人而异。通常，男人比女人通常，男人比女人强，大人比小孩，大人比小孩强，强壮的人比虚弱的人壮的人比虚弱的人强。l同一个人，在同一个人，在电流流变化率化率较小小时，适，适应性性较强，危，危险性性较小；小；电流流变化率化率增加增加时适适应性减弱、危性减弱、危险性增大。性增大。5 5人的适人的适应性性第二第二节 电击的因素的因素l产生生电击的原因的原因1.1.人与人与电源之源之间存在两个接触点，存
13、在两个接触点，形成回路；形成回路；2.2.电源源电压和回路和回路电阻阻产生了生了较大大的的电流，流，该电流流流流过人体人体发生了生了生理效生理效应。产生生电击的情况的情况 1 1仪器故障造成漏器故障造成漏电l泄漏泄漏电流是从流是从仪器的器的电源到金属源到金属机壳机壳间流流过的的电流。所有的流。所有的电子子设备都有一定的泄漏都有一定的泄漏电流流;l泄漏泄漏电流主要由流主要由电容泄漏容泄漏电流流和和电阻泄漏阻泄漏电流流两部分两部分组成。成。l电容泄漏容泄漏电流流（位移漏（位移漏电流）由两流）由两根根电线之之间或或电线与金属外壳之与金属外壳之间的的分布分布电容所致。容所致。l电线越越长，分布，分布电
14、容越大，容越大，产生的泄生的泄漏漏电流也越大。流也越大。l射射频滤波器、波器、电源源变压器、器、电源源线以以及具有及具有杂散散电容的一切部件都可容的一切部件都可产生生电容泄漏容泄漏电流。流。l电阻泄漏阻泄漏电流流（传导漏漏电流）流）产生生电阻漏阻漏电流的原因很多，如流的原因很多，如绝缘材料材料失效、失效、导线破破损、电容短路等。容短路等。l由于由于仪器故障造成的漏器故障造成的漏电流一般属于流一般属于电阻阻产生的生的传导漏漏电流。流。l仪器外壳漏器外壳漏电和和连接到病人接到病人处的的导联漏漏电，都可，都可产生生电击事故。事故。l正常情况下，正常情况下，仪器的外壳器的外壳应该是不是不带电的，但是如
15、果的，但是如果电源的火源的火线偶然与壳偶然与壳体短路，体短路，则金属壳体上就金属壳体上就带上了上了220v220v的的电压，将会有数百毫安的，将会有数百毫安的电流通流通过人体，人体，产生致命的危生致命的危险。有数百毫安的有数百毫安的电流通流通过人体，人体，产生致命的危生致命的危险。金属壳体上金属壳体上带上了上了220v220v的的电压站在地上的人触及金属壳站在地上的人触及金属壳体，就成体，就成为220v220v电压与地与地之之间的的负载2 2电容耦合造成的漏容耦合造成的漏电l任何任何导体与地之体与地之间、用、用绝缘体分开的体分开的两个两个导体之体之间都可等效都可等效为一个一个电容器容器而形成交
16、流通路，从而而形成交流通路，从而产生由于生由于电容容耦合而造成的漏耦合而造成的漏电。l仪器的外壳没有接地器的外壳没有接地时，外壳与地之，外壳与地之间就形成就形成电容耦合；容耦合；电源火源火线与地之与地之间也可形成也可形成电容耦合。容耦合。这样，机壳与，机壳与地之地之间就就产生生电位差，即外壳漏位差，即外壳漏电。l这种漏种漏电的范的范围一般一般为几十微安到几百微几十微安到几百微安，最大不会超安，最大不会超过500uA500uA。l人人们触及外壳触及外壳时，有，有点麻的感点麻的感觉，不会有，不会有更大的更大的电击危危险，l对于于电气敏感的病人，气敏感的病人，若若这个个电流全部流流全部流过心心脏，可
17、引起，可引起严重后重后果。果。3 3外壳未接地或接地不良外壳未接地或接地不良l医医疗仪器的金属外壳如器的金属外壳如果不接地或接地不良，果不接地或接地不良，在在电源火源火线和机壳之和机壳之间的的绝缘故障或故障或电容短路，容短路，都会在机壳和地之都会在机壳和地之间形形成成电位差。位差。l当人同当人同时接触到机壳和接触到机壳和任何接地物体任何接地物体时，就会，就会形成形成电击。1泄漏泄漏电流流100uA100uA100uA断开断开4 4非等非等电位接地位接地l若有几台若有几台仪器器( (包括病床包括病床) )同同时与病人相与病人相连，则每台每台仪器的外壳器的外壳电位必位必须相等，相等，否否则也会也会
18、发生生电击事故，容易造成微事故，容易造成微电击。 5 5皮肤皮肤电阻减小或消除阻减小或消除l人体的皮肤人体的皮肤电阻可以限制流阻可以限制流过人体的人体的电流。皮肤流。皮肤电阻随着皮肤水分和油脂阻随着皮肤水分和油脂的数量不同而的数量不同而变化。化。皮肤皮肤电阻愈大，阻愈大，受到受到电击的危的危险性就愈小性就愈小；l皮肤皮肤电阻的大小阻的大小还与接触面与接触面积有关，有关，接触面接触面积愈小，皮肤愈小，皮肤电阻愈大阻愈大。因此因此应尽量减少人体与尽量减少人体与仪器外壳直接相触器外壳直接相触的机会和面的机会和面积；l在生物在生物电的的测量量过程中，程中，为了提高了提高测量的正确性，往往希望把皮肤量的
19、正确性，往往希望把皮肤电阻减阻减小一些。小一些。l故在医院里接受故在医院里接受诊断和治断和治疗的病人比的病人比一般人更容易受到一般人更容易受到电击。l测量的正确性和量的正确性和电击的危的危险性是生物性是生物医学医学测量中的一量中的一对矛盾，矛盾，应当加以重当加以重视。第三第三节电击的防的防护措施措施l为了最大限度地减小病人遭受了最大限度地减小病人遭受电击的可能的可能性，使通性，使通过病人的病人的电流减到最小，流减到最小，则：1.1.将病人同所有接地物体和所有将病人同所有接地物体和所有电流源流源绝缘开来；开来；2.2.将所有病人将所有病人够得着的得着的导电表面，都保持在表面，都保持在同一同一电位
20、位上（不一定是地上（不一定是地电位）。位）。l下面具体介下面具体介绍几种几种电击防防护措施。措施。1K1K1 1100K100K300PF300PF外壳外壳绝缘阻抗阻抗漏漏电1mA1mA900uA900uA接地接地电阻越小越好阻越小越好 所有所有导电表面和插座地表面和插座地线处于相同于相同电位，再接真正的位，再接真正的“地地”，以保，以保证病人免病人免受地受地线故障的影响，保故障的影响，保护电气敏感病人。气敏感病人。绝缘材料作材料作仪器的外壳器的外壳用另外的用另外的绝缘层将易于人体接触的将易于人体接触的带电导体与体与仪器的金属壳体隔离器的金属壳体隔离仪器的金属壳体与其器的金属壳体与其电气部分隔
21、离气部分隔离防防护绝缘和功能和功能绝缘低低电压供供电l人体接触而无致命危人体接触而无致命危险的的电压为容容许接触接触电压，一般，一般为252550V50V；l低低压供供电的方法：的方法：1.1.低低压电池供池供电用于无用于无线电遥遥测2.2.低低压隔离隔离变压器供器供电用于眼底用于眼底镜和内和内窥镜等医等医疗设备中。中。非接地配非接地配电系系统 危危险指数指数隔离隔离变压器的次器的次级绕组有一端有一端发生接地事故生接地事故时流流过的最大接地的最大接地电流。流。第四第四节 电气安全参数的气安全参数的测试和和检验l医用医用电子子仪器的安全指器的安全指标1.漏漏电流流2.绝缘电阻阻3.接地接地线电阻
22、阻4.接地接地电阻阻l电气系气系统的的检验1.漏漏电流的流的测试2.绝缘电阻的阻的测试3.接地接地线电阻的阻的测试4.接地接地电阻的阻的测试一一.电气气仪器的器的测试量程量程100mV100mV输入阻抗入阻抗100k100k交流交流电压表表漏漏电电流流值交流交流电压表的表的读数数/1k/1k仪器的漏器的漏电流是引起流是引起电击事故事故（尤其是微（尤其是微电击）的主要原因）的主要原因频率范率范围0100MHz从从电源的初源的初级回路通回路通过绝缘物物质流入安全地流入安全地线的的电流流从从仪器外壳的某器外壳的某处通通过安全地安全地线以外以外导体流入大地的体流入大地的电流流从从仪器的触体部分通器的触
23、体部分通过患者流入大地的患者流入大地的电流流绝缘电阻阻仪器器带电部分与人体部分与人体间的阻抗，代表两者的的阻抗，代表两者的绝缘程度程度将将仪器接地端用接地器接地端用接地线与大地与大地连接，接地接，接地线的阻的阻值为接地接地线电阻阻接地接地线电阻小于阻小于接地接地电阻阻: :l医用医用电子子仪器的接地器的接地, ,一般通一般通过将金属接地将金属接地电极埋入大地来极埋入大地来实现接地接地; ;l接地接地电阻阻表示当有表示当有电流通流通过地地线的接地的接地电极流入大地极流入大地时, ,电流通流通过的的难易程度；易程度；l接地接地电阻的大小由接地阻的大小由接地电极的大小、形状极的大小、形状和和电极周极周围土壤的土壤的电阻率等因素决定；阻率等因素决定；l减小接地减小接地电阻阻阻阻值，应选择适当的接地适当的接地电极，并尽量降低极，并尽量降低电极周极周围土壤的土壤的电阻率。阻率。二.电气系气系统的的检验l插座的插座的检验l地地线间电压和和电阻的阻的检验l绝缘电源系源系统的的检验l8-2l8-5l8-6l8-7
