浅谈医学仪器的使用安全

摘要：随着医学仪器设备数量不断增加，在医学工程技术人员、医学生和医务人员中宣传和普及医学仪器设备的安全使用知识是非常重要的。本文就有关医学仪器设备的安全使用的问题进行了阐述，希望有所裨益。
关键词：医学仪器；电击；原因；措施


    医学仪器直接应用于人体疾病的诊断于。因操作不慎或仪器本身的绝缘损坏，引起电击，造成危及人体生命安全的事故日益增多。近十年来，国内外对医学仪器的设计、使用和安装等方面采取了一系列的安全措施，但因漏电而触电死亡的事故时有发生，所以医学仪器的安全性是非常重要的。
1. 电的生理效应
    人体是由内含钾、钙、磷、氮、氢和氧等50多种元素的各种组织构成的。这些元素构成了人体中的水、蛋白质、糖、脂肪和无机盐五种主要组成物质。其中水约占体重的60—70%，许多元素是以离子形式存在于水中，因而人体内部导电能力较强。当人体成为电路的一部分时，就有电流通过人体，从而引起各种生理效应，严重时还会危及生命。
1.1 人体的导电
    整个人体阻抗是一个非线性时变。外层皮肤导电能力很差，阻抗大小主要取决于角质层，与电流频率的有关。人体的电阻从800Ω到几万Ω不等，皮肤潮湿或污垢时将使人体电阻大大降低。人体内各种组织的导电能力较强，呈现的阻抗很小，但又各不相同，主要取决于它们的含水量和相对密度。例如：肌肉、脑的含水量较大，阻抗就小；而腱和腱鞘、骨的含水量较小，则呈现的阻抗就大。
通过人体的电流包括由电解质传导电流和由电介质传导的位移电流。通常把电解质（如体液）模拟电阻，而把电介质（如脂肪）模拟为电容，这样人体电路的物理模型可以看成大小不同的电阻和电容组成的复杂网络。电流在人体内的流动沿着其间的血管、淋巴管流通。即电流首先穿过皮肤，然后进入深部组织，最后又经皮肤流出。
1.2 电流对人体的作用
    当电流通过人体时，对生命组织的作用一般以下三种效应：
热效应（组织的电阻性发热）是电流通过接触的皮肤处产生大量热，而使温度升高，从而产生人体的灼伤、炭化、危及人的生命安全。
刺激效应（易兴奋组织的电兴奋）是电流通过人体组织时，形成局部电位，从而兴奋组织。当电流强度足够大时，肌肉纤维挛缩，使肌肉处于极度紧张状态，结果产生过度疲劳和生理功能损伤，直至危及人的生命。
    化学效应（电化学烧伤）是由于人体内部的许多元素以离子形式存在，在电流作用下能发生电解、电泳和电渗现象。
2 电击
    电击是指超过一定数量的电流通过人体时使内部器官受到的各种电伤害。如果通过人体心脏的电流在0.05A以上就会有生命危险，而达0.1A时就足以致人死亡。一般来说，接触36V以下的电压时，通过人体心脏的电流低于0.05A，故安全电压为36V；在低温干燥的场所，安全电压可为60V；而在非常潮湿及地面可导电的场所，安全电压则为12V。
2.1 强电击 
    高压大电流从人体表面经过皮肤侵入人体内引起的伤害，称为强电击。其原因是因人体与电源接触后，电流从人体的一侧流进，而从另一侧流出，造成肌肉发生收缩。在体表流动的电流引起灼伤，在体内（如心脏）流动的电流会引起肌肉痉挛和心室纤颤。
2.2 微电击 
    人体心脏、肺、脑等重要器官受到微弱电流的作用而引起的伤害，称为微电击。例如在做心导管手术时，流过所有导管的电流都流进心脏。此时只要有80—600μA的电流就会引起心室纤颤。微电击的允许人体的安全极限电流一般为10μA。发生这种事故往往是在仪器设备绝缘完好，医务人员毫无感知电流下发生的，因此更具有一种特别的危险性。
2.3 各种因素对电击的影响
    ⑴ 电流强度的影响 电流对人体的损伤与电流密度的平方、通电的时间成正比，与接触面积的平方成反比。也就是说，电流持续作用的时间越长，人体的损伤就越严重。人体在不同电流强度和频率的直流和交流电作用下的反应如表所示。

电 流 性 别 反 应 直流（mA） 交流（mA有效值） 
男 女 50HZ 1000HZ 
男 女 男 女 
最小电流感知 5.2 5.3 1.0 0.7 12 8 
无痛苦感电击 9 6 1.8 1.2 17 11 
有痛苦感电击 62 41 9 6 55 37 
有痛苦感不能离电源 76 51 16 10.5 75 50 
强烈电击、肌肉强直 90 60 23 15 94 63 
可能引起室颤 电击0.3s 1300 1300 1000 1000 1100 1100 
电击3s 500 500 100 100 500 500 
     ⑵ 电流频率的影响 实验表明频率为50HZ—60HZ时对人体的刺激反应最强。低于50HZ的低频电流刺激反应减弱，频率在100HZ以上时刺激反应随电流频率增加而减弱，频率在150HZ的电流对人体只起微弱的刺激作用，当频率高达1MHZ时刺激完全消失。
⑶ 电流的途径影响 电流通过人体不同的部位或流过不同的器官，其生理反应与损伤的程度不同。当电流流经大脑、心脏和肺等重要器官的途径越近时危险性越大，而当电流流经身体表面的两点时，则只能造成不同程度的灼伤。3. 产生电击的原因
3.1 外壳未接地或接触不良
    当仪器的外壳未接地、接触不良、电源火线与机壳间的绝缘处损坏、电容短路时，都会在机壳与地之间产生电位差。如果人体同时接触机壳和任何接地物体，就会引起电击。
3.2 非等电位接地
    一般情况下仪器的外壳都要求必须接地。当有几台仪器（包括病床）同时与病人连接时，每一台仪器的外壳电位必须相等。否则就会引起电击。
3.3 仪器故障造成的漏电
在任何相邻的带不同电位的绝缘导体间所要流过的电流，称为漏电流。漏电流又分为位移漏电流和传导漏电流两种。在漏电中值得注意的是仪器外壳漏电和连接病人的导联漏电。
3.4 电容耦合造成的漏电
任何导体与地之间或者用绝缘体分开的两个导体之间都可等效为一个电容而形成交流通路。当仪器外壳没有接地时，外壳与地之间或电源火线与机壳之间均可形成电容耦合，致使机壳具有不同于地的电位，则称为电容漏电（外壳漏电）。该漏电流一般小于500μA。因此，一般不会有明显感觉，但对于电敏感患者，该电流全部流过心脏时，足以导致生命危险。
3.5 皮肤电阻减小或消失
    皮肤电阻能限制流过人体的电流，因此任何减小或消除电阻都会增加可能流过身体的电流，使患者更易受到电击。但在生物电测量时，往往需要尽可能的减小皮肤电阻。例如作心电图时，用导电膏减小皮肤与电极间的接触电阻，因此患者比一般人更容易遭受电击。
4. 防护措施
    为了尽量减少电击事故的发生，除在医学生和医务人员中普及安全用电知识，纠正错误概念，严格按照规章操作，定时检查仪器的接地和漏电流，再就是使患者与所有接地物体和所有电源绝缘起来或将患者所接触到的导电部分表面都保持在同一电位（不一定是地电位）。
4.1 基础绝缘保护
    基础绝缘保护就是把仪器的电路部分进行绝缘，采用金属或绝缘的外壳将整个仪器覆盖起来使人体不能直接接触。从而减少流过人体的电流，防止电击，但由于其绝缘阻抗不高、基础绝缘老化和分布电容很大等因素而引起漏电流增大，造成微电击。为了确保安全，再另加一种保护措施。
4.2 双重保护
    双重保护顾名思义就是指的采用两种保护措施，以确保一种保护措施产生故障，另一种保护措施也能确保安全。常用的双重保护有分流、分压、降压和浮地原理法四种。
4.3 接地保护
    （1）接地的基本概念 在阐述接地之前，必须弄清地线与零线、保护接地和保护接零的基本概念。即：地线是指连接地球通向大地的金属连接线，而零线是我国电力部门提供的工作线路；保护接地是将仪器设备的金属外壳接上地线。在外壳由于干扰引起带电时，电流沿地线流入大地，达到保护人身和仪器设备安全的目的。而保护接零是将仪器设备的金属外壳与电源的零线连接起来，在短路时，立即烧断保险丝，以达到切断电源的目的。在这个问题上，不少老师和学生概念模糊不清，甚至混为一谈，必须予以区别。
    （2）接地保护 接地保护就是把仪器设备的外壳与大地连接。当仪器设备绝缘损坏时，使外壳对地的电压降到安全值以下，人体触及漏电的仪器外壳，由于外壳已接地，接地电阻远小于人体电阻，漏电流主要流向大地，从而保证了人身安全。接地保护又分为保护、等电位和系统接地三种。
4.4 患者保护
    ⑴人体小电流接地 正常情况下，人体通过一定的电阻接地，当意外事故使人体受到电击时，由于电阻的限流作用，使通过人体的电流限制在10μA以内，对患者没有潜在的危险。
    ⑵右腿驱动电路 在心电测量中，为了减少50HZ 交流电对共模信号的干扰，常采用右腿驱动电路。原理是把右脚电极作为抑制共模干扰的点。患者的右腿电极不直接接地，而是通过限流电阻与驱动放大器相接。当患者和地之间由于漏电或其它原因出现异常高压时，右腿放大器立即饱和。这相当于病人不接地，从而将减少电击的危险。 
4.5 隔离保护
    ⑴信号隔离 信号隔离保护电路的作用是在绝缘体中，触体部分和其它部分间既能相互绝缘又能传递信号。目前使用的有光电耦合，电磁耦合和通过绝缘介质传递信号的。如电磁波、声波、超声波、机械振动等。供给绝缘体部分工作的电源，也必须与其它电路绝缘，现普遍使用绝缘触体部分专用电池和直流—直流变换器。
    ⑵线路隔离 利用电源变压器断开了中线与地的直接连接，使仪器设备内的电源与地无关。

参考：
[1] 雷元义.电磁干扰及电磁干扰对医疗仪器设备的影响与对策[J].卫生医疗设备，2004.6
[2] 雷元义.中外心电图机实用技术[M].计量出版社，1997.
[3] 甘心照，雷元义等.常用医疗诊断电子仪器[M].南京大学出版社，1990.
[5] 徐国和.电工学(第五版)[M].高等出版社，1997.