巴博薩， 法比奧， 斯伯丁

0 引言

自20世紀(jì)下半葉起，鑒于電氣設(shè)備（EE）的使用頻率、種類及數(shù)量與日俱增，針對(duì)電氣事故的預(yù)防也隨之引起了人們的高度關(guān)注。在1976年，由國(guó)際電工委員會(huì)IEC／TC62A醫(yī)用電氣技術(shù)委員會(huì)擬立了《醫(yī)用電氣設(shè)備的共性》草案，提到醫(yī)用IT系統(tǒng)具備的兩個(gè)重要作用：增加供電系統(tǒng)的可靠性和降低對(duì)地漏電流。

供電系統(tǒng)可靠性指的是不間斷的供電能力，例如，在IT系統(tǒng)中即使出現(xiàn)接地故障，也可保證系統(tǒng)能帶故障運(yùn)行。這是很重要的一點(diǎn)，因?yàn)槟承╇姎庠O(shè)備會(huì)在短期內(nèi)（或是永久）幫助（或是替代）病人維系身體的某些生命功能。

另外，降低對(duì)地漏電流也很重要，因?yàn)樵诮档吐╇娏鞯耐瑫r(shí)隨之降低了接觸電壓，有效控制了系統(tǒng)對(duì)病人體內(nèi)的直接漏電。然而，若TN-S系統(tǒng)（接地系統(tǒng)）中若出現(xiàn)故障，接觸電壓會(huì)增大，在與病人身體接觸時(shí)會(huì)產(chǎn)生漏電流。應(yīng)該指出的是，大多數(shù)醫(yī)用電氣設(shè)備在使用過程中，與之接觸最多的就是病人和醫(yī)護(hù)人員。因此，在這種環(huán)境下，觸電隱患始終存在。

需要注意的是，當(dāng)IT系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，就變成了TN-S系統(tǒng)，隨之出現(xiàn)的各種風(fēng)險(xiǎn)問題就只和TNS系統(tǒng)相關(guān)。所以，為了避免這種情況出現(xiàn)，可以在系統(tǒng)中安裝用于監(jiān)控IT系統(tǒng)的設(shè)備，并規(guī)范其使用技術(shù)指標(biāo)。

第一種是絕緣監(jiān)測(cè)儀（IMD），可監(jiān)測(cè)絕緣阻抗、負(fù)載電流等，當(dāng)系統(tǒng)第一次發(fā)出故障報(bào)警信號(hào)時(shí)，絕緣電阻阻值通常會(huì)下降到50 k?。

第二種是報(bào)警器，一般會(huì)安裝在ICU（重癥監(jiān)護(hù)病房）的墻上或是手術(shù)中心、中心護(hù)士站，亦或是維修部門，通過連接一個(gè)或是多個(gè)絕緣監(jiān)測(cè)裝置，對(duì)報(bào)警事件或是IMD警報(bào)發(fā)出聲光（亮綠色和紅色）報(bào)警信號(hào)。

1 研究方法

1.1 設(shè)備開發(fā)

本文主要介紹醫(yī)療2類場(chǎng)所（手術(shù)室、ICU等）中電氣安全和信息系統(tǒng)（分硬件和軟件兩部分）的研究，同時(shí)分析了設(shè)備間的無線通信。其中軟件的開發(fā)需要收集、存儲(chǔ)、處理和分類位于手術(shù)室或ICU護(hù)士站的安全條件信息。而硬件開發(fā)主要是IMD和報(bào)警器這兩種設(shè)備。本文采用的IMD稱為DSIMED 5002，它的開發(fā)主要是為了滿足醫(yī)院的ICU和手術(shù)室等生命攸關(guān)的重要場(chǎng)所。作為一個(gè)嵌入式計(jì)算機(jī)，IMD通過采用C 8051F310單片機(jī)（C語(yǔ)言編程）進(jìn)行監(jiān)測(cè)絕緣阻抗（用Ω表示）、隔離變壓器溫度（用℃表示）、負(fù)載電流（用A表示）等操作。該裝置配有LCD和薄膜鍵盤，方便調(diào)節(jié)絕緣電阻、溫度和電流的報(bào)警值。電氣安全與信息系統(tǒng)的框圖見圖1。

如圖1所示，該系統(tǒng)與報(bào)警器（圖2）連接，用于提供各部門護(hù)士站的用電情況。該設(shè)備可以集中監(jiān)視多達(dá)10個(gè)設(shè)備，且每個(gè)IMD可以監(jiān)視一些ICU病房或手術(shù)室，收集的信息顯示在液晶顯示屏上，并根據(jù)這些信息分析是否進(jìn)行聲光報(bào)警。

圖1 電氣安全與信息系統(tǒng)框圖

圖2 報(bào)警器示例

1.2 操作系統(tǒng)

首先，IMD和報(bào)警器配置，待IMD通過傳感器收集到數(shù)據(jù)后，再將這些數(shù)據(jù)與之前設(shè)置的告警值進(jìn)行比較，并將結(jié)果顯示在報(bào)警器上。如果顯示數(shù)值達(dá)到警報(bào)限，則報(bào)警器會(huì)觸發(fā)聲音報(bào)警并顯示問題信息。屆時(shí)，在場(chǎng)的工作人員會(huì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)報(bào)警源并進(jìn)行通知。

1.3 改進(jìn)系統(tǒng)

起初，IMD和報(bào)警器之間是通過電纜進(jìn)行互連的，使用的是標(biāo)準(zhǔn)RS-485。然而，隨著研究的繼續(xù)和科技的進(jìn)步，人們開始研究利用無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)這種互聯(lián)的可能性。這里需要提到的是，無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可用于醫(yī)療環(huán)境下的多個(gè)應(yīng)用程序中，例如，將病人的信息集中收集到一個(gè)終端儲(chǔ)存，支持臨床醫(yī)護(hù)人員實(shí)時(shí)、連續(xù)監(jiān)測(cè)，在提高醫(yī)護(hù)人員工作效率的同時(shí)也能增加患者的流動(dòng)性。

因此，無線技術(shù)的快速發(fā)展與應(yīng)用促成了各種替代方案和通信協(xié)議的出現(xiàn)，盡管最初無線技術(shù)只是用于語(yǔ)音和數(shù)據(jù)的高速傳輸。事實(shí)上，只有在各種協(xié)議支持?jǐn)?shù)據(jù)無線通信之后，像藍(lán)牙或是Wi-Fi才可以考慮利用協(xié)議來響應(yīng)特定傳感器的需要及設(shè)備控制。而在此之前，醫(yī)院這些電氣設(shè)備的制造商只是采用自己本公司的解決方案，嚴(yán)重影響整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的互操作性。

目前應(yīng)用比較廣泛的有Wi-Fi、藍(lán)牙、ZigBee這三種用于射頻數(shù)據(jù)的通信協(xié)議。三種技術(shù)雖然各有優(yōu)勢(shì)，但比較來說，ZigBee協(xié)議棧比藍(lán)牙協(xié)議更為簡(jiǎn)單，前者每秒最大32千字節(jié)，后者為250千字節(jié)，ZigBee技術(shù)可以使用更為簡(jiǎn)單的微控制器，因此，筆者認(rèn)為無需藍(lán)牙較為復(fù)雜的應(yīng)用程序，只采用優(yōu)化的ZigBee技術(shù)解決方案即可，特別是針對(duì)低數(shù)據(jù)量傳輸?shù)南到y(tǒng)，又由于IMD傳送的報(bào)警信息數(shù)據(jù)量?。ㄗ畲?50千字節(jié)每秒），故ZigBee無線傳輸技術(shù)可視為理想解決方案。

岳文姣編譯自 2010 Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology，4427-4430.