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手术室的电气设计

医院的手术室是医院的核心部位。随着科技的进步和医疗水平的提高,以及大量先进医疗设备的不断出现,手术室对电气方面的要求越来越高。如何搞好手术室的电气设计,直接关系到人民生命的安全和先进医疗设备的良好使用。
一． 手术室的供电及负荷等级。
为保证手术中患者的生命安全，县（区）级及以上的医院的手术部的照明和电力应按一级负荷的要求供电。两路电源可在手术部所在楼层的总配电箱处自动切换。对于大型和等级较高的医院手术室，还必须增设应急电源。应急电源一般采用柴油发电机组，对于手术室较少，用电总量不大的手术部，也可采用UPS或集中应急电源EPS。对于有地下室的大型医院，柴油发电机组可以安装在地下室，也可在楼外单独安装。而采用EPS作为应急电源时，因EPS体积较大，而洁净手术室内不允许安装配电箱，EPS可在某个附属房间内集中安放。应急电源应能在1min内自动切换。
洁净手术室内用电应与辅助用房用电分开，每个手术室的干线必须单独敷设。洁净手术部用电应从本建筑物配电中心专线供给。根据使用场所的要求，主要选用TN-S系统和IT系统两种形式。心脏外科手术室的配电盘必须加隔离变压器。手术室内常规照明灯和非医疗用途电源插座的电源可不通过隔离变压器。洁净手术部配电管线应采用金属管敷设，穿过墙和楼板的电线管应加套管，套管内用不燃材料密封。进入手术室的电线管穿线后，管口应采用无腐蚀和不燃材料封闭。特殊部位的配电管线宜采用矿物绝缘电缆。
洁净手术部的总配电箱，应设于非洁净区内。供洁净手术室用电的专用配电箱不得设在手术室内。配电盘和电器检修口设于手术室外，是为了检修时工作人员不进手术室，以减少外来尘、菌的侵入而带来的交叉感染因素。每个洁净手术室应设有一个独立专用配电箱，配电箱应设在该手术室的外廊侧墙内。由于手术室配电的重要性，洁净手术室内的电源宜设置漏电检测报警装置。每个洁净手术室的配电总负荷不应小于8KVA。
二． 手术室的照明。
手术室是比较狭窄的场所，医务人员持续长时间地进行紧张的工作。故手术室的照明必须考虑减轻有关人员的疲劳问题。从手术室到准备室通道为止的范围，一般照度要求要高，要求照明灯具扩散性好、带罩、结构牢固和不落尘。
手术室是医院中进行最精密、最紧张的视觉工作场所，一般采用全嵌装封闭式的通气荧光灯具，或者以荧光灯为光源的光带照明，这样不易积尘又便于经常清毒清洁。光源的光谱与日光接近，色温应与无影灯光源想适应。其水平照度不宜低于500lx,垂直照度不宜低于水平照度的1/2。手术室内应无强烈反光，大型及以上手术室的照度均匀度（最低照度值/平均照度值）不宜低于0.7。手术室的灯具开关应为分别控制或对角控制，以适应手术室的特殊需要，也可采用调光方式，但应避免由此而对精密电子仪器产生干扰。对于有可能施行神经外科手术的手术室，宜装设热过滤装置，以减少光谱区在800~1000nm的辐射能照射在病人身上，防止手术面组织的过速干燥。
手术专用无影灯，其照度应在20000~100000lx(胸外科为60000~100000lx)。口腔科无影灯可为10000lx。实际工程中无影灯由业主根据手术要求自行选定。
手术室一般照明灯具的布置应与天棚上的设备相协调，如固定或轨道安装的X射线机、手术灯、空调格栅、医用悬吊送气装置、手术显微镜、闭路电视装置、观察窗等。灯带必须布置在送风口之外。只有全室单向流的洁净室允许在过滤器边框下设单管灯带，灯具必须有流线型灯罩。对于不适于装设嵌入式灯具的手术室，可装设吸顶式灯具及一般壁灯，但壁灯的水平光强应降到最低限度，以减少医务人员的视觉疲劳。手术室天棚高度应能为装设特殊灯具（包括手术台及手术人员有关的辅助灯）提供有效的净空。灯头应至少能抬高到净高2.0米的高度。
手术室应设置紫外线杀菌灯。杀菌灯有移动式和固定式，如为固定安装时应避免直接照射到病人的视野范围之内。紫外线杀菌灯的数量可按照有高度杀菌要求时的公式计算。计算公式为N=0.05V/H·F。式中V代表房间体积；H代表杀菌灯至顶棚距离；F代表灯具效率（可取0.8）。对于有空调净化的手术室，可不必设置紫外线杀菌灯。
三．手术室的电气安全与接地。
随着医疗电子电器技术的突飞猛进，病人和医生已经身陷电子仪器和设备的包围之
中，如何保护医院病人不受漏电事故的伤害变得越来越重要。在医院的特殊环境里，电流对病人构成了潜在的危险，因此对电气安全设计也提出了特殊的要求。为了进行各种目的的测量、诊断或治疗，病人常常和各种电气电子设备连接在一起，通常皮肤的电阻可能被击穿，病人也常常因痛觉丧失而失去或降低防卫能力，尤其是病人在手术中或麻醉状态下，各种电极、传感器或管道直接插入病人体内，这时如果有10微安的漏电流直接流过病人的心脏，就会导致病人触电身亡，医学上称之为微电击。为了有效防止微电击的发生，国际上现普遍采用带绝缘监视的不接地电源（IT系统）给手术室供电，因为它有以下优越性：
第一， 降低触电电压和电网对地漏电流，因而人身触电危险被降到最小程度；
第二， 采用了隔离变压器以后，可以防止接地系统内的漏电流窜入某些与病人连接的医疗电气设备的对地回路；
第三， 供电系统内部一旦出现第一个对地漏电故障，不会导致断路器或熔断器动作，因而保证了电源供电的可靠性；
第四， 降低了对地漏电流，从而提高了防火安全性。
由于不接地电源（隔离电源）具有上述优越性，因而被世界各国广泛采纳，成为
手术室等医疗场所的标准电源。我国也在相关规范中做了明确规定。《民用电气设计规范》第14.7.6.1~3条规定：医疗及诊断电气设备，应根据使用功能要求采取保护接地，功能性接地，等电位接地，或不接地等形式。使用插入体内接近心脏或直接插入心脏内的医疗电气设备的器械，应采取防止微电击的措施。防微电击措施宜采用等电位接地方式，并使用II类电气设备供电。在电源突然中断后，有招致重大医疗危险的场所，应采用电力系统不接地（IT系统）的供电方式。第14.2.8条规定：IT系统必须装设绝缘监视及接地故障报警系统或显示装置。第11.9.6。12条规定：每个手术室应有独立的电源控制箱。手术室的电源宜设置漏电检测装置以及接地端子。《医院洁净手术部建筑设计规范》第8.3.1条规定：洁净手术部用电应根据使用场所的要求，主要选用TN-S系统和IT系统两种形式。第8.3.2条规定：洁净手术室内的电源装置宜设置漏电检测报警装置。第8.3.4条规定：心脏外科手术室必须设置有隔离变压器的功能性接地系统。
根据IEC364-7-710标准，手术室IT电源系统应由绝缘监视仪、隔离变压器、变压器负载和温度监视设备、外接报警显示设备组成。下面是一个手术室采用IT系统供电的典型配电系统图：

在上图中，采用了单相隔离变压器，而没有采用三相隔离变压器。因为三相隔离系统（IT系统）中如果出现单相接地故障，非故障相的对地电压将升高到对地额定电压的1.7倍，因而具有对地故障扩大的危险，所以应慎用三相隔离电源，尽量采用单相隔离电源。
为了降低隔离变压器的容量，手术室内的普通照明、自动门、观片灯、非手术用插座等可不接入IT系统。那么，手术室的哪些设备需要隔离电源供电呢？主要有以下设备：呼吸器、恒温培养箱、透析设备、麻醉设备、病人监护设备、高频外科设备、输液泵、注射泵、心肺机、心力记录器、脉压机、心律电子脉冲调节器等。很多无影灯自带绝缘监视仪和变压器，也可不接入IT系统。
IT系统中一定要安装绝缘监视仪。IT系统内的绝缘监视仪监视相线对地的绝缘电阻值，一旦相线对地出现绝缘故障，绝缘监视仪立即报警，提醒操作人员系统中已经出现第一个对地故障，但系统仍能带故障运行，需在适当的时间找出并排除。如果IT系统内未安装绝缘监视仪当出现第一个故障时，操作人员得不到任何报警信息，如果再出现第二、第三个故障时，逐步增加的故障电流最终将导致系统内的小型断路器或熔断器动作，使整个IT系统失电。如果故障发生在不同相上，还会对地构成相间短路，对IT电源系统造成极大危害，给病人带来生命危险。所以，安装绝缘监视仪是非常重要的。在通常情况下，这个故障不能被发现，除非进行定期的测试。若这个故障现象不能被及时地发现，那么就可能在医疗区域构成对人身的伤害。而安装了绝缘监视仪之后就可以在第一个绝缘故障出现时就报警。在手术中，如果出现了绝缘监视仪报警应如何处理呢？首先观察是什么类型的报警，如果是过负荷或变压器超温报警，可断开一些目前不是必须使用的负载；如果是绝缘故障报警，可先将手术做完，然后由专业电工通过依次断开负载分路的方法找出故障点。如果再安装了绝缘故障定位系统，就可立即在线找出故障分路。对隔离电源中的绝缘监视仪还有一些特殊要求。IEC60364-7-710标准中规定，除了应符合IEC61557-8标准规定的普通绝缘监视仪的要求外，还需符合下列特殊要求：绝缘监视仪的内部阻抗应不小于100千欧；测试电压应不大于25V；测试电流应不大于1mA,对地绝缘阻值小于50千欧时，应有相应的显示，应有测试设备测试该功能；如果绝缘监视仪与电源系统或大地的连接中断，应有相应的显示。绝缘监视仪还可以与外接报警测试面板相联，用于对绝缘监视仪进行测试以及发生绝缘故障时提供声光报警。
手术室内安装了绝缘监视仪，还需要进行等电位接地。因为绝缘监视仪监视并测量隔离电源相对地的绝缘阻值，在绝缘监视仪的测量回路中，大地为PE线，即等电位接地线。如果系统中缺少等电位接地线，那么负载端出现的对地故障不能对绝缘监视仪的测量电路构成回路，将影响绝缘监视仪的响应灵敏度。《民用建筑电气设计规范》第14.7.6.2条规定：防微电击措施宜采用等电位接地措施。防微电击等电位联结，应包括室内给水管、金属窗框、病床的金属框架及患者有可能在2.5米范围内直接或间接触及到的各部分金属部件。用于上述部件进行等电位联结的保护线（或接地线）的电阻值，应使上述金属导体相互间的电位差限制在10mV以下。手术室局部等电位联结的方法可参照相关标准图集，在此不再赘述。
如何放置隔离变压器呢？其位置应是靠近手术室的通风和易散热的地方，应尽量缩短变压器出线端与手术室插座之间的距离。通常将隔离变压器放置在手术室的墙内嵌入式电气柜、手术室准备房间内的直立式电气柜或手术室天花板吊顶内。
根据IEC60364-7-10标准，IT系统内的小型断路器应采用双极的，因为IT系统内的电源线都是火线。IT系统内的电源插座应至少分成两条线路，每条线路并联的插座不得多于六个。手术和急救用电设备的供电线路可不安装漏电电流动作保护。手术室配电系统的保护应设置短路保护。在即将颁布的《综合医院建筑设计规范》中规定：隔离变压器的一次侧与二次侧都不允许使用过载保护，但插座回路宜设置独立的过载报警。
四．手术室电气设计中其他应注意的问题。
手术室还应根据需要采取防静电措施。由于物品摩擦产生的静电，当放电时产生的电流，如果流过患者的心脏时，一个很小的电流就会致患者死亡。静电也会对一些精密医疗电子仪器产生干扰。手术室铺设防静电地板可以有效的防止静电。另外，有的较高级别的手术室采用加湿方式防止静电的产生。北方的医院一般建有锅炉采暖，其蒸汽可利用。南方一般没有锅炉，很多医院采用电加湿的方式，但用电量较大，一般可达到几十千瓦。设计时注意和业主沟通，根据业主的需要预留足够电量。
目前一些较高级别的医院多采用整体式净化手术室，手术室内的设施和净化空调由专业公司设计。电气设计人员应注意电量的预留。