医学仪器的电气安全.ppt

第八章第八章 医学仪器的电气安全医学仪器的电气安全l医疗仪器的可靠性直接和病人的安全医疗仪器的可靠性直接和病人的安全相关。因此安全的概念特别重要。相关。因此安全的概念特别重要。l诊断仪器不能正常工作，则会导致错诊断仪器不能正常工作，则会导致错误诊断；治疗仪器不能正常工作，则误诊断；治疗仪器不能正常工作，则不能充分治疗或因治疗过度而发生意不能充分治疗或因治疗过度而发生意外的危险。外的危险。各个国家均有自己的医疗设备的各个国家均有自己的医疗设备的电气安全标准：电气安全标准：l美国美国UL544UL544l法国法国VDE0750VDE0750l国际电气标准委员会国际电气标准委员会IECIECIECIEC医用医用电气设备安全准则电气设备安全准则l中国中国IECIEC标准标准医用电子仪器电气安全的概念：医用电子仪器电气安全的概念：l工程学上的工程学上的安全安全是指是指“发生危险的概发生危险的概率尽可能小率尽可能小”。l医用电子仪器在临床上的安全，是指医用电子仪器在临床上的安全，是指应用过程中确保对患者和医护人员不应用过程中确保对患者和医护人员不造成危害，即造成危害，即保证人员的安全保证人员的安全；l医用电子仪器的电气安全还应包括医用电子仪器的电气安全还应包括仪仪器本身的安全器本身的安全。l医用电子仪器性能的评价，包括：医用电子仪器性能的评价，包括：1.1.仪器在临床诊断活动中仪器在临床诊断活动中有效性有效性的评的评价；价；2.2.仪器操作的仪器操作的安全性安全性的评价。的评价。主要内容：主要内容：l电流的生理效应电流的生理效应l医疗仪器的电气危险事故医疗仪器的电气危险事故l产生电击的因素产生电击的因素l电击的防护措施电击的防护措施l电气安全参数的测试方法电气安全参数的测试方法第一节第一节 电流的生理效应电流的生理效应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，是一种较复杂的电解液；构成，是一种较复杂的电解液；l人体本身是电的导体，当人体成为人体本身是电的导体，当人体成为电路的一部分时，就有电流通过人电路的一部分时，就有电流通过人体，从而引起生理效应。体，从而引起生理效应。l引起生理效应和人体损伤的直接因引起生理效应和人体损伤的直接因素是素是电流电流而不是电压。而不是电压。主要内容：主要内容：一、电流的生理效应一、电流的生理效应二、电击的基本概念二、电击的基本概念三、影响电击的因素三、影响电击的因素一一.电流的生理效应电流的生理效应l电流通过人体时，以三种方式影响电流通过人体时，以三种方式影响人体组织：人体组织：1 1热效应热效应2 2刺激效应刺激效应3 3化学效应化学效应热效应热效应（组织的电阻性发热）（组织的电阻性发热）l当电流通过人体组织时会产生热量，当电流通过人体组织时会产生热量，使组织温度升高，严重时就会烧伤使组织温度升高，严重时就会烧伤组织；组织；l低频电与直流电的热效应主要是低频电与直流电的热效应主要是电电阻损耗阻损耗；l高频电除了高频电除了电阻损耗电阻损耗外，还有外，还有介质介质损耗。损耗。刺激效应刺激效应l人体通过电流时，在细胞膜的两端会产生电势人体通过电流时，在细胞膜的两端会产生电势差，达到一定位后，会使细胞膜发生兴奋；差，达到一定位后，会使细胞膜发生兴奋；l若是肌肉细胞，则产生过度疲劳；若为神经细若是肌肉细胞，则产生过度疲劳；若为神经细胞，则产生电刺激的痛觉。胞，则产生电刺激的痛觉。l通电后受到刺激的只是距通电点很近的神经和通电后受到刺激的只是距通电点很近的神经和肌肉细胞；肌肉细胞；l从体内通入的电流和从体外流入的电流对心脏从体内通入的电流和从体外流入的电流对心脏的影响有很大的不同。的影响有很大的不同。化学效应化学效应l人体组织中的细胞都浸在淋巴液、血液等体液人体组织中的细胞都浸在淋巴液、血液等体液中。人体通电后，组织液中的离子将分别向中。人体通电后，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；异性电极移动，在电极处形成新的物质；l新形成的物质大多是酸、碱之类的腐蚀性物质，新形成的物质大多是酸、碱之类的腐蚀性物质，对皮肤有刺激和损伤作用；对皮肤有刺激和损伤作用；l直流电的化学效应除直流电的化学效应除电解作用电解作用外，还有外，还有电泳电泳和和电渗电渗现象，这些现象可能改变局部代谢过程，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。也可能引起渗透压的变化。二、电击的基本概念二、电击的基本概念l电击电击超过一定数量的电流通过人体超过一定数量的电流通过人体而引起的各种电伤害。如心室纤颤，而引起的各种电伤害。如心室纤颤，心肌收缩，皮肤烧伤等。心肌收缩，皮肤烧伤等。l心室纤颤心室纤颤是电击导致人死亡的最主要是电击导致人死亡的最主要的因素；的因素；l电击有两类：电击有两类：1.1.强电击（宏电击）强电击（宏电击）2.2.微电击微电击强电击（宏电击）强电击（宏电击）l当电源与人体接触时相当于连接一个等当电源与人体接触时相当于连接一个等效电阻，若形成一个回路，将有一定数效电阻，若形成一个回路，将有一定数量的电流流经人体；量的电流流经人体；l当电流从人体外经过皮肤流进体内，然当电流从人体外经过皮肤流进体内，然后再流出体外，使人体受到的电击称为后再流出体外，使人体受到的电击称为强电击强电击。l如：电流从人体的左手流入人体，经过如：电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电击。人体后再从右手流出体外造成的电击。微电击微电击l电流从体内流出体外时所产生的触电电流从体内流出体外时所产生的触电现象，称为现象，称为微电击微电击；l通常，通常，宏电击宏电击的电流加在体表的两个的电流加在体表的两个点上，电流强度较大，但实际流过心点上，电流强度较大，但实际流过心脏的电流非常微弱；脏的电流非常微弱；l微电击微电击进入人体内，比较容易引起较进入人体内，比较容易引起较大的电流流过心脏；大的电流流过心脏；l微电击是一种特别危险的电击。微电击是一种特别危险的电击。l微电击允许的安全极限电流一般是微电击允许的安全极限电流一般是10uA10uA。l凡是直接用于有可能通过心脏电流凡是直接用于有可能通过心脏电流的医用电子仪器，如心脏起搏器，的医用电子仪器，如心脏起搏器，心导管电极之类的仪器，都易使患心导管电极之类的仪器，都易使患者遭受电击的危险，应定期检测漏者遭受电击的危险，应定期检测漏电流。电流。三、影响电击的因素三、影响电击的因素l人体电阻是一个电容性阻抗，阻抗随人体电阻是一个电容性阻抗，阻抗随着电源的电压和频率的改变而改变，着电源的电压和频率的改变而改变，还受到一些因素的影响。还受到一些因素的影响。影响电击损害程度的因素有：影响电击损害程度的因素有：1.1.电流电流2.2.通电时间通电时间3.3.电流频率电流频率4.4.电流途径电流途径5.5.人的适应性人的适应性1 1电流电流l电流越大，对生理效应与损伤程度的影电流越大，对生理效应与损伤程度的影响就越大；反之，则越小；响就越大；反之，则越小；l假设：通电时间为假设：通电时间为1s1s，电流从人体的一，电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。则从体外施于人体不同的侧的一条腿。则从体外施于人体不同的低频电流所引起的不同生理效应与损伤低频电流所引起的不同生理效应与损伤程度如下：程度如下：人所能感受到的最小电流人所能感受到的最小电流人体通电后，肌肉能任意缩回的最大电流人体通电后，肌肉能任意缩回的最大电流心脏肌肉组织失去同步称为心室纤颧，心脏肌肉组织失去同步称为心室纤颧，是电击死亡的主要原因。是电击死亡的主要原因。过大的电流会由于皮肤的过大的电流会由于皮肤的电阻性发热而烧伤组织电阻性发热而烧伤组织较大的电流会引起呼吸肌的不随意收缩较大的电流会引起呼吸肌的不随意收缩2 2通电时间通电时间l通电时间越长，人体损伤越严重；通电时间越长，人体损伤越严重；l因为皮肤电阻随着通电时间的延长而因为皮肤电阻随着通电时间的延长而下降，从而使流过人体的电流增大。下降，从而使流过人体的电流增大。l电流的生理效应随刺激电流频率而异；电流的生理效应随刺激电流频率而异；l频率高于频率高于100Hz100Hz时，刺激效应随着电流频时，刺激效应随着电流频率增加而减弱；率增加而减弱；l频率高于频率高于1MHz1MHz时，刺激效应完全消失，只时，刺激效应完全消失，只有生热作用。有生热作用。l低于低于50Hz50Hz的低频电流，刺激效应也减弱。的低频电流，刺激效应也减弱。l刺激效应最强的是刺激效应最强的是505060Hz60Hz的低频交流电的低频交流电，对人体电击的伤害程度最严重。对人体电击的伤害程度最严重。3 3电流频率电流频率l电流通过人体的途径是造成电击伤害的电流通过人体的途径是造成电击伤害的一个重要因素；一个重要因素；l同样的电流流过人体不同的部位和器官，同样的电流流过人体不同的部位和器官，其生理效应与损伤程度大不一样，引起其生理效应与损伤程度大不一样，引起的危险性也不同；的危险性也不同；l电流的路径接近心脏、肺、大脑等重要电流的路径接近心脏、肺、大脑等重要器官，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电流途径电流途径l对电刺激的适应能力不同因人而异。对电刺激的适应能力不同因人而异。通常，男人比女人强，大人比小孩强，通常，男人比女人强，大人比小孩强，强壮的人比虚弱的人强。强壮的人比虚弱的人强。l同一个人，在电流变化率较小时，适同一个人，在电流变化率较小时，适应性较强，危险性较小；电流变化率应性较强，危险性较小；电流变化率增加时适应性减弱、危险性增大。增加时适应性减弱、危险性增大。5 5人的适应性人的适应性第二节第二节 电击的因素电击的因素l产生电击的原因产生电击的原因1.1.人与电源之间存在两个接触点，人与电源之间存在两个接触点，形成回路；形成回路；2.2.电源电压和回路电阻产生了较大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的电流，该电流流过人体发生了生理效应。生理效应。产生电击的情况产生电击的情况 1 1仪器故障造成漏电仪器故障造成漏电 l泄漏电流是从仪器的电源到金属泄漏电流是从仪器的电源到金属机壳间流过的电流。所有的电子机壳间流过的电流。所有的电子设备都有一定的泄漏电流设备都有一定的泄漏电流;l泄漏电流主要由泄漏电流主要由电容泄漏电流电容泄漏电流和和电阻泄漏电流电阻泄漏电流两部分组成。两部分组成。l电容泄漏电流电容泄漏电流（位移漏电流）由两（位移漏电流）由两根电线之间或电线与金属外壳之间的根电线之间或电线与金属外壳之间的分布电容所致。分布电容所致。l电线越长，分布电容越大，产生的泄电线越长，分布电容越大，产生的泄漏电流也越大。漏电流也越大。l射频滤波器、电源变压器、电源线以射频滤波器、电源变压器、电源线以及具有杂散电容的一切部件都可产生及具有杂散电容的一切部件都可产生电容泄漏电流。电容泄漏电流。l电阻泄漏电流电阻泄漏电流（传导漏电流）产生（传导漏电流）产生电阻漏电流的原因很多，如绝缘材料电阻漏电流的原因很多，如绝缘材料失效、导线破损、电容短路等。失效、导线破损、电容短路等。l由于仪器故障造成的漏电流一般属于由于仪器故障造成的漏电流一般属于电阻产生的传导漏电流。电阻产生的传导漏电流。l仪器外壳漏电和连接到病人处的导联仪器外壳漏电和连接到病人处的导联漏电，都可产生电击事故。漏电，都可产生电击事故。l正常情况下，仪器的外壳应该是不带正常情况下，仪器的外壳应该是不带电的，但是如果电源的火线偶然与壳电的，但是如果电源的火线偶然与壳体短路，则金属壳体上就带上了体短路，则金属壳体上就带上了220v220v的电压，将会有数百毫安的电流通过的电压，将会有数百毫安的电流通过人体，产生致命的危险。人体，产生致命的危险。有数百毫安的电流通过人体，有数百毫安的电流通过人体，产生致命的危险。产生致命的危险。金属壳体上带上了金属壳体上带上了220 v220 v的电压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，就成为体，就成为220v220v电压与地电压与地之间的负载之间的负载2 2电容耦合造成的漏电电容耦合造成的漏电l任何导体与地之间、用绝缘体分开的任何导体与地之间、用绝缘体分开的两个导体之间都可等效为一个电容器两个导体之间都可等效为一个电容器而形成交流通路，从而产生由于电容而形成交流通路，从而产生由于电容耦合而造成的漏电。耦合而造成的漏电。l仪器的外壳没有接地时，外壳与地之仪器的外壳没有接地时，外壳与地之间就形成电容耦合；电源火线与地之间就形成电容耦合；电源火线与地之间也可形成电容耦合。这样，机壳与间也可形成电容耦合。这样，机壳与地之间就产生电位差，即外壳漏电。地之间就产生电位差，即外壳漏电。l这种漏电的范围一般这种漏电的范围一般为几十微安到几百微为几十微安到几百微安，最大不会超过安，最大不会超过500uA500uA。l人们触及外壳时，有人们触及外壳时，有点麻的感觉，不会有点麻的感觉，不会有更大的电击危险，更大的电击危险，l对于电气敏感的病人，对于电气敏感的病人，若这个电流全部流过若这个电流全部流过心脏，可引起严重后心脏，可引起严重后果。果。3 3外壳未接地或接地不良外壳未接地或接地不良l医疗仪器的金属外壳如医疗仪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，在电源火线和机壳之间在电源火线和机壳之间的绝缘故障或电容短路，的绝缘故障或电容短路，都会在机壳和地之间形都会在机壳和地之间形成电位差。成电位差。l当人同时接触到机壳和当人同时接触到机壳和任何接地物体时，就会任何接地物体时，就会形成电击。形成电击。10.2uA泄漏电流泄漏电流100uA100uA0.98uA100uA断开断开4 4非等电位接地非等电位接地l若有几台仪器若有几台仪器(包括病床包括病床)同时与病人相连，则同时与病人相连，则每台仪器的外壳电位必须相等，每台仪器的外壳电位必须相等，否则也会发生否则也会发生电击事故，容易造成微电击。电击事故，容易造成微电击。5 5皮肤电阻减小或消除皮肤电阻减小或消除l人体的皮肤电阻可以限制流过人体的人体的皮肤电阻可以限制流过人体的电流。皮肤电阻随着皮肤水分和油脂电流。皮肤电阻随着皮肤水分和油脂的数量不同而变化。的数量不同而变化。皮肤电阻愈大，皮肤电阻愈大，受到电击的危险性就愈小受到电击的危险性就愈小；l皮肤电阻的大小还与接触面积有关，皮肤电阻的大小还与接触面积有关，接触面积愈小，皮肤电阻愈大接触面积愈小，皮肤电阻愈大。因此因此应尽量减少人体与仪器外壳直接相触应尽量减少人体与仪器外壳直接相触的机会和面积；的机会和面积；l在生物电的测量过程中，为了提高测在生物电的测量过程中，为了提高测量的正确性，往往希望把皮肤电阻减量的正确性，往往希望把皮肤电阻减小一些。小一些。l故在医院里接受诊断和治疗的病人比故在医院里接受诊断和治疗的病人比一般人更容易受到电击。一般人更容易受到电击。l测量的正确性和电击的危险性是生物测量的正确性和电击的危险性是生物医学测量中的一对矛盾，应当加以重医学测量中的一对矛盾，应当加以重视。视。第三节第三节 电击的防护措施电击的防护措施l为了最大限度地减小病人遭受电击的可能为了最大限度地减小病人遭受电击的可能性，使通过病人的电流减到最小，则：性，使通过病人的电流减到最小，则：1.1.将病人同所有接地物体和所有电流源将病人同所有接地物体和所有电流源绝缘绝缘开来；开来；2.2.将所有病人够得着的导电表面，都保持在将所有病人够得着的导电表面，都保持在同一电位同一电位上（不一定是地电位）。上（不一定是地电位）。l下面具体介绍几种电击防护措施。下面具体介绍几种电击防护措施。1K1K1 1100K100K300PF300PF外壳绝缘阻抗外壳绝缘阻抗漏电漏电1mA1mA9.9uA9.9uA900uA900uA接地电阻越小越好接地电阻越小越好 所有导电表面和插座地线处于相同电所有导电表面和插座地线处于相同电位，再接真正的位，再接真正的“地地”，以保证病人免，以保证病人免受地线故障的影响，保护电气敏感病人。受地线故障的影响，保护电气敏感病人。绝缘材料作仪器的外壳绝缘材料作仪器的外壳用另外的绝缘层将易于人体接触的用另外的绝缘层将易于人体接触的带电导体与仪器的金属壳体隔离带电导体与仪器的金属壳体隔离仪器的金属壳体与其电气部分隔离仪器的金属壳体与其电气部分隔离防护绝缘和功能绝缘防护绝缘和功能绝缘低电压供电低电压供电l人体接触而无致命危险的电压为容人体接触而无致命危险的电压为容许接触电压，一般为许接触电压，一般为252550V50V；l低压供电的方法：低压供电的方法：1.1.低压电池供电低压电池供电用于无线电遥测用于无线电遥测2.2.低压隔离变压器供电低压隔离变压器供电用于眼底镜用于眼底镜和内窥镜等医疗设备中。和内窥镜等医疗设备中。非接地配电系统非接地配电系统 危险指数危险指数隔离变压器的次级绕组隔离变压器的次级绕组有一端发生接地事故时有一端发生接地事故时流过的最大接地电流。流过的最大接地电流。第四节第四节 电气安全参数的测试和检验电气安全参数的测试和检验l医用电子仪器的安全指标医用电子仪器的安全指标1.漏电流漏电流2.绝缘电阻绝缘电阻3.接地线电阻接地线电阻4.接地电阻接地电阻l电气系统的检验电气系统的检验1.漏电流的测试漏电流的测试2.绝缘电阻的测试绝缘电阻的测试3.接地线电阻的测试接地线电阻的测试4.接地电阻的测试接地电阻的测试一一.电气仪器的测试电气仪器的测试量程量程100mV100mV输入阻抗输入阻抗100k100k交流电压表交流电压表漏电电流值交流电压表的读数漏电电流值交流电压表的读数/1k/1k仪器的漏电流是引起电击事故仪器的漏电流是引起电击事故（尤其是微电击）的主要原因（尤其是微电击）的主要原因频率范围频率范围0100MHz从电源的初级回路通过绝缘物质流入安全地线的电流从电源的初级回路通过绝缘物质流入安全地线的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从仪器的触体部分通过患者流入大地的电流从仪器的触体部分通过患者流入大地的电流绝缘电阻仪器带电部分与人体间的阻抗，代表两者的绝缘程度绝缘电阻仪器带电部分与人体间的阻抗，代表两者的绝缘程度将仪器接地端用接地线与大地连接，接地线的阻值为接地线电阻将仪器接地端用接地线与大地连接，接地线的阻值为接地线电阻接地线电阻小于接地线电阻小于0.1接地电阻接地电阻:l医用电子仪器的接地医用电子仪器的接地,一般通过将金属接地一般通过将金属接地电极埋入大地来实现接地电极埋入大地来实现接地;l接地电阻接地电阻表示当有电流通过地线的接地电表示当有电流通过地线的接地电极流入大地时极流入大地时,电流通过的难易程度；电流通过的难易程度；l接地电阻的大小由接地电极的大小、形状接地电阻的大小由接地电极的大小、形状和电极周围土壤的电阻率等因素决定；和电极周围土壤的电阻率等因素决定；l减小接地电阻阻值，应选择适当的接地电减小接地电阻阻值，应选择适当的接地电极，并尽量降低电极周围土壤的电阻率。极，并尽量降低电极周围土壤的电阻率。二.电气系统的检验电气系统的检验l插座的检验插座的检验l地线间电压和电阻的检验地线间电压和电阻的检验l绝缘电源系统的检验绝缘电源系统的检验l8-2l8-5l8-6l8-7