智慧供配電|醫用設備電氣安監系統介紹

隨著生物、信息與電子技術的飛速發展，醫療設備得到了廣泛的應用。醫護人員和患者不可避免地經常與各種醫療設備接觸，醫療設備的電氣安全問題日益突顯。

物聯網最早于 1999 年由麻省理工學院提出， 目前被廣泛接受的定義為：通過射頻識別(RFID)、紅外感應器、全球定位系統(GPS)、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與互聯網連接起來，進行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。

基于此，筆者設想利用物聯網將醫療設備主要安全指標進行遠程自動監測和控制，實現安全、方便、快捷、可靠的管理，保證設備使用人員和患者的安全。

1 醫療設備電氣安全參數標準

我 國 根 據 國 際 電 工 委 員 會 (IEC) 的 標 準IEC60601-1:1988《醫用電氣設備第一部分：安全通用要求》及其修改件 1:1991、修改件 2:1995 制定了醫用電氣設備安全的國家標準 GB9706-2007“醫用電氣設備第一部分：安全通用要求”。該標準是醫療設備在整個使用生命周期中必須達到的安全基本要求，國標中已有十幾個針對不同醫療設備的電氣安全參數專用標準， 其中 3 項防電擊參數是監測重點，分別是：接地電阻、漏電流、電介質強度。

接地電阻指用電設備金屬外殼與接地端鈕間的電阻值，是衡量設備電氣安全的主要指標之一，主要保證病人、操作人員及設備的安全，既抑制來自外界的干擾， 又防止醫療電子設備對外界產生干擾。

漏電流的產生主要存在 2 種形式：一是容性電流， 即電流跨過電容器流經過的電流(文中不考慮相位差);二是阻性電流，即因電阻兩端存在電壓差而形成的電流，只存在于應用部件。漏電流是醫用電氣設備的重要安全指標之一。據資料報道，美國平均每年有 1 200 多人在常規診斷和治療過程中因觸電死亡，因漏電流過高而受到電擊傷害的更是不計其數。我國醫療電氣設備安全防護水平還沒有達到先進國家水平，更應該在醫用電氣設備設計中慎重 考慮漏電流的限制， 并作為重點監測安全參數之一。

電介質強度是考核醫用電氣絕緣的一個重要指標，即在外界電流出現高壓滲入的情況下仍能保證電路對地的良好絕緣。醫用電氣產品在使用過程中，與其連接的電網因雷電、開關過度或感應等情況而帶來瞬態過電壓， 會造成絕緣材料的損傷甚至擊穿。電介質強度試驗就是檢驗醫用電氣設備固態電氣絕緣性能的重要方法，通過對設備施加一個高于其額定值的電壓并維持一定時間來判定設備的絕緣材料可靠性，確保人員安全。

2 醫用設備接地電阻監測系統初步設計

2.1 系統整體設計

根據信息生成、傳輸、存儲和應用的原則，物聯網的一般結構模型為：感知層、網絡層、應用層[4-5]。按此結構模型，系統主要包括接地電阻測量設備、無線網絡和監控中心 3 部分，整體框圖如圖 1。

系統依托于無線傳輸網絡，在監控中心實現對分散于醫院各處的醫療設備的接地電阻進行實時監測，發現接地電阻超過設定的安全閾值的情況及時進行警示，并可選擇遠程控制切斷設備供電電源。

2.2 接地電阻測量模塊的設計

接電電阻測量設備連接于被測設備金屬外殼、被測設備電源接口與接地端鈕、供電電源之間，主要包括電源、數據測量、控制器、無線通訊、電子標識、報警和繼電器 7 個模塊，其內部結構圖和測量時的外部連接圖如圖 2 所示。

接地電阻測量設備內部結構圖和外部連接

電源模塊為其他模塊提供穩定的交流及直流工作電壓和電流。數據測量模塊完成數據測量?？刂破髂K是整個測量設備的控制中心，協調控制各個模塊的運行和信號傳遞，同時還可存儲整個測量設備的相關設備參數。無線通訊模塊通過無線網絡實現與監測中心的數據通訊，必須支持 TCP/IP 協議。電子標志為每個測量設備提供一個可識別的唯一標志，以便于區分系統中各個不同的測量設備，保證數據通訊的準確性。報警模塊在接地電阻值超過設定的安全閾值時給出警示。繼電器在控制器模塊的控制下，接通或者斷開供電電源和被測設備電源接口之間的連接。正常情況下，繼電器處于導通狀態，當測量設備接到監控中心的斷開被測設備電源指令時，在控制器的控制下斷開繼電器，被測設備供電電源被斷開。

2.3 監控無線網絡設計

相比傳統有線網絡，無線網絡消除了有線網絡對接入設備位置的限制，使用靈活，同時也節省了相應的光纖、電纜、網線等有線信號傳輸設施，施工簡單。無線網絡形式眾多，例如 3G、 WiMAX、ZigBee、 Wi-Fi 等，其中 Wi-Fi 是最常用的無線網絡接入方式。隨著醫院信息化數字化水平不斷提高，醫院信息網絡已在傳統的有線網基礎上擴展到無線網，大多醫院已建成了院內的無線局域網。例如中國人民解放軍 520 醫院，在建設實施移動醫護系統時已通過架設 AP 的方式實現了全院 Wi-Fi 信號覆蓋。本著充分利用現有資源的原則，系統的網絡層就采用已有的無線局域網。

2.4 接地電阻監控軟件設計

監控軟件系統主要包括人機界面、通訊接口和數據庫 3 個部分

人機界面主要完成監測數據的采集和分析處理、動態顯示接地電阻實時值，當接地電阻超過設定的安全閾值時及時給出警示。同時設計功能模塊，可自動或手動遠程切斷設備供電電源， 以保證安全;系統有對歷史監測數據的回放查詢功能。數據庫對采集數據和分析結果進行存儲，以便查詢和分析應用;通訊接口基于 TCP/IP 設計，實現監控軟件與測量設備的數據通訊，按照預定的格式，接收和解析測量設備傳回的數據，并可以將監控中心指令傳輸至測量設備。