第十一章 医用仪器干扰的抑制和安全用电

在生物医学研究和临床工作中，大量地应用着各种医用电子仪器。而在应用过程中，会遇到影响仪器测量结果的各种来自外部和内部的无用信号，这种现象称为干扰。 为了获得准确的生物医学信息，如何防止干扰的产生并有效地排除各种不稳定的因素是十分重要的。下面以生物电测量为基础，介绍经常遇到的干扰以及抑制干扰的措施。同时介绍与使用者和病人密切相关的医用仪器的用电安全。

主要内容第一节干扰与抑制 第二节屏蔽 第三节安全用电 第四节医用电器的安全检测

第一节 干扰与抑制

生物电信号一般都比较微弱且频率较低。因此，测量生物信号的仪器既要灵敏度高，又要有较强的抗干扰能力，才能保证信号不受干扰地放大，以便测量和记录。按干扰的耦合方式可分成磁场干扰、电场干扰、高频电磁干扰、公共阻抗耦合和漏电流耦合的干扰。

一 . 磁场干扰

电流通过导线会产生磁场。如果把导线绕成线圈或变压器，则磁通的大小与线圈的匝数及流过的电流成正比。因此有大电流流过的仪器将会大量发射磁能，磁场内任何导电环路都会接收到。连接仪器和病人的引线就可构成磁接收环，产生感应电动势。要想抑制磁场对信号的干扰，必须限制电极引线的环路面积。抑制磁场干扰的另一个有效的办法是采用磁性材料进行磁场屏蔽。

心电记录时电极引线环路受磁场影响的情况。 Z1 、 Z2 为皮肤电极阻抗； ZL 为人体与电极间的阻抗。感应产生的电动势是一种差动信号，它将与心电信号一起被心电放大器放大，形成对输出信号的干扰。

抑制磁场对信号的干扰，可以限制电极引线的环路面积，如把所有的电极引线在人体表面绞合起来，并使引线紧沿着人体引出。

二 . 电场干扰 处在电场中的任何导电介质都会在电场作用下感应出一定电位。当电介质中任何两点之间存在着电位差时，就会产生电场干扰。 电场干扰比磁场干扰更大量地存在，即使电路中无电流流过，电场干扰仍然存在。如把一台仪器的电源插头插入 50Hz 的交流电源插座，虽然电源开关没有接通，电路中没有电流流过，但如果电源开关安装不当或电源布线不合理，就会成为交流电场的干扰源。因此，不使用的电子仪器应把电源插头拔下来。在临床工作中，甚至一些照明设备也会对医用仪器的测量造成不良影响。

未屏蔽的电极导线和电源线之间存在分布电容， 220V 、 50Hz 的交流电场通过该电容产生耦合，使干扰电流流入电极引线，并通过人体经接地电阻 ZG 入地。这时人体对地有一定的电位，即人体感应电位。在其等效电路中， Z1 、 Z2 分别为两个电极与皮肤的接触阻抗， ZCM1 、 ZCM2 分别为放大器两个输入端 A 、 B 对地的阻抗。 UC 表示交流感应电位的大小，称为共模干扰电位。 如果 Z1=Z2 ，则放大器具有共模抑制的特性，可以把共模干扰抵消；如果不等，则共模干扰信号之差，就将以差模信号的形式出现在放大器的输入端，在测量仪器输出中出现干扰信号。事实上， Z1 和 Z2 ， ZCM1 和 Z

CM2 不可能绝对相等，使得 UC 分配不平衡，最终使仪器有干扰信号输出。

在临床应用中，一般对生物信号源的测量都需要进行无损伤测量，因此常用表面电极来引出生物电信号，如果不采取抑制干扰的措施，电场干扰就会耦合到仪器中，因为电路中的电阻等不可能绝对一致，使共模干扰信号之差以差模信号的形式出现在放大器的输入端，在测量仪器的输出中出现干扰信号。 综上所述，电场干扰是指空间电场通过感应和分布参数经过一定的途径进入信号源或测量仪器中形成的干扰，其中 50Hz市电经分布电容耦合而形成的干扰最为严重和常见。为了抑制电场的干扰，可以在仪器中采用高共模抑制比的放大器；将电源线和测量电极的导线屏蔽；设置屏蔽室，把被测者屏蔽等方法。

三 . 高频电磁场干扰 目前无线电的应用日趋广泛，各种频段的无线电广播、电视发射台、通讯发射台、生物医学研究方面应用的遥测装置等，使空中的电磁波大量增加，日益复杂。这就给生物医学测量工作带来了更多、更强烈的高频电磁干扰。常见的高频电磁干扰有电台干扰，即某些无线电发射设备所产生的干扰；工业干扰，即由各式各样的电气设备启动、切断及工作时所辐射的高频干扰所产生的。工业干扰信号的频谱很宽，从较低的频率延伸到几十甚至几百兆赫的超高频段；天电干扰是指大气中的各种电骚动所引起的干扰。雷电所产生的强大电磁波辐射就是天电干扰的一种。

生物电信号一般由生物医学电极与电极引线引出。电极引线的作用就像一个接收天线，同时还将高频电磁场干扰引进测量系统中。如在外科手术时，在一个身边有心电监护仪的病人身上使用电外科手术器械时，心电监示器的荧光屏上就会出现干扰，轻者会使心电记录的基线产生漂移或记录的波形不稳定，严重时心电信号会完全移出荧光屏外，影响监护工作。此外，仪器的电源线也像一个很长的天线，可引入各种高频电磁波成分。高频信号还可以被生物电信号所调制，使干扰电位转换成为低频干扰信号输入到放大器中。由于高频电磁干扰是具有随机性的干扰信号，它的能量遍布整个空间，因此它的影响是不可忽视的。

生物医学测量仪器中常用以下一些方法抑制高频电磁干扰：1. 当干扰幅度不大时，可用高频旁路电容使干扰入地。旁路电容器的高频特性要好，还要具有足够高的耐压性能，以使脉冲式干扰入地。2. 用高频滤波器抑制高频干扰。当调谐频率等于高频干扰频率时，就可以起到抑制高频干扰信号的作用。当然，也可以使用有源器件作高频有源滤波电路，效果更好。

3. 对电源线引入的高频干扰，可在电源变压器的初级侧加低通滤波器或旁路电容器，使高频干扰入地。为使抑制干扰的效果更好，在整流电路及直流输出端也要接高频旁路电容。4. 采用电磁屏蔽措施。当检测微小的生理信号时，对外来的电磁波干扰或电磁辐射一般采用电磁屏蔽措施。用铜或铝的良导体将需要屏蔽的电路或仪器和被测体在内的每一个测量设备都严密地包围起来，并要将屏蔽罩可靠接地。电磁屏蔽与干扰信号频率的关系很大，干扰信号的频率越高，对屏蔽的严密性要求也就越高。

四 . 仪器接地不正确引起的干扰

医用仪器为了消除干扰和使用安全，通常都要接地。接地就是把仪器的外壳用导线与大地连通。仪器的电路中有一个参考电位点，称为电路的“地”电位点，如果这个参考电位点不与大地连通，这点是“浮地”，如埋藏式心电起搏器和测量心电用的心腔内接测量仪器一般都采用浮地方式而并非有真正的接地点。只有参考电位点与仪器原外壳连接并且连通大地才是真正的接地，这时的参考电位为零电位。当仪器接地点不正确时，就会产生干扰。

晶体管 T1 、 T2 的电流 IC1 、 IC2 经接地导线由电源正极流向接地点 a 及点b 。由于 ab 线段有电阻， IC1 、 IC2 的交流分量在 ab 公共阻抗中必定有交流电位差。从图中可以看出，这个交流分量的电位差又作用到放大器第一级输入回路，从而成为干扰电压。

若将电路图改为：接地点接至 C 点，使 IC1 、 IC2均由 C 点入地，而不经过第一级输入回路，这样就不会在第一级输入回路产生干扰电压。

在低频情况下，仪器内部互相连接的各个系统只能有一个接地点，称为单点接地。在系统中，相隔较远的各部分的地线必须汇集在一起，接在同一个接地装置上，接地线要尽量短，其电阻率也应尽量小。在低频情况下，浮地的接地原则上也可以是单点接地。

但在高频情况下，单点接地是不宜采用的。因为这种接地方式连线太多，线与线之间及电路各元件之间分布电容增大，高频干扰信号将通过电容耦合而混人测量信号之中。所以，在处理高频信号时，不仅连线的排列、元件的位置布局要讲究，接地方式也应采取多点接地。

五 . 仪器间连接不正确引起的干扰 在许多情况下，仪器的连接都会造成上述地线干扰。如当同时监护病人的心电、脉搏、血压等信号时，所用各台仪器均由220V、 50Hz市电供电，而每台仪器的底板都通过三芯插头的地线接地，仪器的接地端又需连接在一地，于是就可能构成接地回路，引进干扰。这种情况下正确的接地方法，应该只留一台仪器的电源插头接地，拔去其它仪器上的地线插头，即切断地电流流通的回路，才能消除干扰。

当使用远距离监护仪时，测量人体生理信号的检测器或前置级常与主机相距几十米，它们与地之间就可能存在着很高的电位差，这个干扰电压若不加以排除很难测量真实信号，甚至会破坏测量仪器。 另外，每台医用电子仪器的输入和输出的公共端大都连接到它们的机壳上，机壳面积较大，极易受到外界电磁场的影响。仪器公共端连接不正确还将使仪器内部的干扰发生相互影响。可见，医用仪器的干扰在很大程度上与仪器问的连接和接地有关，应合理连接信号线、各种地线和电源线。

第二节 屏蔽 抗干扰技术有很多种方式，如屏蔽、接地、合理利用相关电路等。其中屏蔽和接地是抑制电磁场干扰的有效办法。

一 . 电场屏蔽 如果将一个带电荷的物体靠近另一个不带电荷的物体，不带电荷的物体靠近带电荷物体的一端会出现相反的电荷，这就是静电感应现象。在一个放大器的输入端引线 A的附近，如果有一根带着交变电势的导线 B，那么，这个交变电势将使引线 A感应起一个变动的电势。

这个变动的电势与被测信号混合一起进入放大器，将影响被测信号的真实性。

电场感应产生的干扰可以利用静电平衡原理来加以抑制。一个金属导体处于外电场 E0 中时，感应电荷产生的内电场 Ei很快就会达到和 E0 相等的量值，而方向是相反的。因此，导体内部的合电场 Et处处为零，这就是静电平衡状态。如果外电场发生变化，表面电荷立即重新分布，使导体内部合电场仍保持处处为零。

利用这一原理，将金属体内部挖空成一个空腔，若把输入引线 A或仪器放在空腔内部，它们就不会受到外电场的影响。这种现象称为电场屏蔽，导体壳称为屏蔽罩。实际上，屏蔽罩并不用整块金属挖空制造，而是用金属板或金属线网组成。

二 . 磁场屏蔽 为了对磁场屏蔽有更直观的了解，这部分以影像设备中的磁共振成像系统为例，讨论它们磁屏蔽的作用。 磁体是磁共振成像系统 (magnetic resonance imaging, MRI)的重要组成部分。无论是超导磁体、还是永磁体或常导磁体，其作用都是为MRI设备提供静磁场 B0 。但由于它的磁力线将向空间各个方向散布，即形成所谓的杂散磁场，有可能干扰周围环境中那些磁敏感性强的设备，使其不能正常工作。另一方面，磁体周围环境的变化也会影响磁场的均匀程度。由此可见，在磁共振成像系统中，磁场与环境的相互影响是一个不容忽视的问题。目前，广泛采用屏蔽的办法来解决。

1. 磁场屏蔽

所谓磁场屏蔽（简称磁屏蔽）就是用高饱和度的铁磁性材料来包容特定容积内的磁力线。它不仅可防止外部铁磁性物质对磁体内部磁场均匀性的影响，同时又能大大削减磁屏蔽外部杂散磁场的分布。应当指出的是，用软磁材料制做的罩壳（称为屏蔽体）对磁场的屏蔽效果远不如金属导体壳对静电的屏蔽效果好。

将一个磁导率很大的软磁材料罩壳放在外磁场中，则罩壁与空腔中的空气就可以看作并联磁路。由于空气的磁导率 µ 接近于 1 ，而罩壳的磁导率在几千以上，使得空腔的磁阻比罩壳壁的磁阻大很多。因磁力线容易向磁导率高的地区集中，这样一来，外磁场的绝大部分磁感应通量将从空腔两侧的罩壳壁内通过、进入空腔内部的磁通量是很少的。这就达到了磁屏蔽的目的。在MRI 中，磁屏蔽既起到保护空腔内磁场不被其它外界因素干扰的作用，又限制腔内磁场以杂散磁场的方式向周围环境中散布。

2. 磁屏蔽的分类 从广义上来说，MRI系统的磁屏蔽可分为有源和无源两种。有源屏蔽是指由一个线圈或线圈系统组成的磁屏蔽。与工作线圈（内线圈）相比，屏蔽线圈可称为外线圈。这种磁体的内线圈中通以正向电流，以产生所需的工作磁场。外线圈中则通以反向电流，以产生反向的磁场来抵消工作磁场的杂散磁场，从而达到屏蔽的目的。如果线圈排列合理或电流控制准确，屏蔽线圈所产生的磁场就有可能抵消杂散磁场。无源屏蔽使用铁磁性屏蔽体，即上面所说的软磁材料罩壳，因不使用电流源而得名。根据屏蔽范围的不同，无源磁屏蔽可分为下述三种：

a.房屋屏蔽：即在磁体室的四周墙壁、地基和天花板等六面均镶入 4~8mm厚的钢板，构成封闭的磁屏蔽间。这种屏蔽体的用材常达数十吨甚至上百吨，价格昂贵。 b.定向屏蔽：如果杂散磁场的分布仅在某个方向超出了规定的限度，则可只在对应方向的墙壁中安装屏蔽物，形成杂散磁场的定向屏蔽。这种方法特别适用于MRI室和CT室共用一建筑物的情形。

c. 自屏蔽：自屏蔽是指仅在磁体周围安装铁磁材料屏蔽体的屏蔽方法。用这种方法可以得到非常理想的屏蔽效果。如果再在屋顶加装定向屏蔽，则它有可能使主磁场完全限制在一般建筑物的楼层高度之内。 全身 MRI系统磁体的自屏蔽可以有板式、圆柱式、主柱式及圆顶罩式等多种结构形式。各种结构的设计都应以主磁场的均匀性不受影响或少受影响为目的。自屏蔽的缺点是其屏蔽体重量往往多达数十吨。但是，它对外界磁干扰的屏蔽既有效又方便。

3. 磁屏蔽材料 磁屏蔽材料根据磁导率的高低粗略地划分为高磁导率及低磁导率两大类，分别以镍合金及铁合金 (包括铁和钢 ) 为代表。高磁导率材料的特点是具有很高的初始磁导率和最大磁导率。另外，这类材料的饱和磁感为 0.75~0.9T ，只有普通铁合金或钢饱和磁感的 1/3 。也就是说，高磁导率材料非常容易饱和。在高磁场的情况下，这类材料的屏蔽体只有做得比铁屏蔽厚得多时，才能避免饱和的出现。此外，这类材料还具有因大应力和高温度敏感性而难以处理的缺点。因此，尽管镍合金的磁导率很高，但综合考虑到用量、经济性以及制做工艺等原因，一般认为它并不适于制造大容量的磁体屏蔽体。 铁或钢的最大磁导率可以达到 5000 ，这对于一般的磁屏蔽来说已经足够高了，这一效果已能使磁力线区缩小至理想范围之内。因此，现在大量采用相对便宜的、高磁饱和度的铁或钢来制做磁屏蔽体。调整其厚度可获得最大磁导率。

三 . 高频电磁场的屏蔽 当 LC回路发生电磁振荡时，在它的周围空间中激发起交变的磁场和电场，并以波的形式向外传播，这就是电磁波。所以电磁波实质上是交变的电场和磁场。当检测仪器处于较强的电磁波辐射的环境中（如附近有电台、高频理疗机等），仪器就会受到高频电磁场的干扰。电磁场中，根据距电磁振源的距离大小将电磁场分为近场和远场，其中近场的特性主要取决于场源的阻抗。如果场源为大电流、低电压体（即低阻抗源），则场的主要分量为磁场；

如果场源为小电流、高电压（即高频电源），则场的主要分量为电场。远场的特性主要取决于传播电磁波的介质，在空气中是同时存在的交变的电场和磁场。为防止电磁波的干扰，一般也根据前面所说的磁场和电场的屏蔽原理，采用低电阻率的金属材料制成罩壳加以屏蔽。

四 . 医用屏蔽室 在临床及科研中 (如脑电图、电生理实验等 )被检测的信号都是非常微弱的，如不对外界的电磁干扰进行屏蔽，将无法工作。为此需建立一个良好的屏蔽室。屏蔽室所需要的屏蔽效能视用途而异。一般将干扰衰减到 100dB左右的屏蔽效能就可以满足大多数情况的要求。若屏蔽室用 0.3mm厚的铜皮完全包起来，再设置一个高频滤波器来滤除由50Hz 电源引起的泄漏，则一般可以获得 100dB数量级的屏蔽效能。

由于屏蔽室内有患者或实验动物及操作人员，如用钢皮包裹，通风和采光将需高要求，非但不方便，也增加造价。因此通常都用钢丝网或铁丝网制造。金属丝网屏蔽效能比铜板差得多，采用单层只能获得 40~50dB的屏蔽效能。因此，一般采用双层金属丝网：一层铜丝网，一层镀锡铁丝网，二层间距约10cm，丝网的帘线间距约为 1.5mm。另外，在门与屏蔽壁之间需装有磷青铜弹簧片来屏蔽门缝的干扰波泄漏进去；整个屏蔽室还要用铜带焊接一圈，终端焊接在总地线上。注意应单点接地，同时不应把屏蔽网作为仪器的接地点，以免发生地环流，减弱屏蔽效能。

导线的屏蔽：与仪器相关的信号线和各种地线（保护接地线、信号地线、信号源地线、交流电源线）在有些场合下既是干扰波辐射出去的发射天线，也是引进外部干扰的接收天线。对于高频高电平信号线主要是防止它干扰外界；而低电平信号线对外部干扰极为敏感，对于低电平信号线主要是防止外界对它的干扰，因此要有良好的屏蔽和接地。导线的屏蔽根据材料可分为金属丝编织屏蔽线，中间的导线称为芯线，在其外面包一层金属丝的编织套称为隔离皮（或屏蔽层），在此两层间有绝缘材料。

五 . 放射线的屏蔽 1. 放射线的作用 放射线在影像设备中应用很广泛。放射线是短波长的电磁波，在医疗上不仅是 X 射线，而且应用着更宽范围波长和能量的放射线。表示放射线吸收剂量的单位用戈瑞（ Gy）。 短时间大剂量放射性照射产生危害的情况如下：局部受放射线照射时，依其部位有很大的不同。皮肤在 2Gy 以下几乎不受影响，大于 2Gy 时发生脱毛和红斑，在 16Gy 以上时出现水泡和溃疡，此种情况和烧伤相似。

10克的组织用 10Gy 的射线在 10cm2 面积上照射 10秒钟时，其能量密度为 10-2W／ cm2 。从 2Gy左右时就开始对人体的脏器有危害。全身受放射线照射时，表现出来是对脏器的影响的纵使情况。 以治疗为目的，为使一部分细胞死亡，也有采用大剂量照射的，但一般诊断时用量极小。 考虑长时间的影响时，小剂量放射线持续照射，会发生皮肤癌和造血器官损害，严重时会转为白血病。这是以 X射线操作为职业的医疗工作者必须注意的。

2. 屏蔽防护 屏蔽防护是在辐射源与人体之间设置能吸收辐射的屏障物，以减少辐射对人体的照射剂量。虽然依靠时间防护和距离防护可减少职业人员个人受照剂量，然而在某些情况下屏蔽防护是更可取的防护措施。防护屏蔽厚度取决于其构成材料的种类、辐射类型、放射源活度和对屏蔽后要求达到的可接受剂量率等因素。对 γ 射线和 X 射线常用较高原子序数材料作屏蔽，如用混凝土、铸铁、铅或具有一定铅当量的复合材料作屏蔽。

对 β 射线，尤其对高能 β 射线常用低原子序数材料作屏蔽，如用铝、有机玻璃等。对中子常用水、石蜡、硼或含硼塑料板等轻质材料作屏蔽。对中子、 γ 射线混合辐射常用低原子序数和高原子序数材料相间组成的多层屏蔽，或用这两种元素均匀混合材料作屏蔽。屏蔽的方式多种多样，根据防护要求的不同，屏蔽物可以是固定式，也可以是移动式。属于固定式的有防护墙、地板、天棚、防护门和观察窗等。属于移动式的有包装容器、各种结构的手套箱、防护屏风和铅砖以及含铅橡胶围裙、手套等。

第三节 安全用电

随着医用仪器越来越多的应用于临床诊断和治疗，为了能给病人解决医疗问题，又必须防止因仪器使用不当而导致病人遭受电击的危害，因此，医用仪器的安全用电措施是非常重要的。本节介绍电流对人体的作用、发生电击的原因和防止电击的措施等。

一 . 人体的导电

人体由大量组织构成，和其它的物质一样或多或少地导电。在组织中所有的细胞都浸没在淋巴液、血液和其它体液中。组织液是含有水、蛋白、纤维蛋白和盐等的溶液，它导电可看作是比较复杂的电解质导电。电流通过人体对组织的主要作用有化学效应和热效应两种，前者由直流电和低频交流电引起；后者则是任何形式的电流都可引起，在医疗中多数是高频电流引起的。对于直流和低频电流，人体电阻主要是皮肤电阻，由于皮肤电阻比身体其余部分电阻大得多，有时可以把它当作全身的电阻。

1. 皮肤电阻 皮肤的最外层是表皮，包括绝缘的角质层，其中没有血管，但有汗腺孔。下一层是真皮，其中有大量血管。实验证明，在直流电的作用下，皮肤有角质时，人体电阻率可高达几十万Ω·cm，没有角质时为 800~1000Ω·cm，没有皮肤时为600~800Ω·cm，可见皮肤电阻又主要决定于角质层。在人体不同部位，角质层的厚度不同，大约在 0.05~0.2mm之间；但汗腺孔的分布也很重要。如尽管手掌心的角质层比手背的厚，但手掌心的导电性比手背好，因前者汗腺孔多。脚跟的导电性最差，因其角质层既厚而汗腺孔又少。此外，皮肤充血和水肿能显著地提高其导电性。

电流的强度与形式对皮肤电阻也有很大影响。当直流或低频交流电通过人体时将发生极化现象而形成反电动势，以阻碍电流的流通。此外，电解产物也会增加电阻；至于高频电流，由于变化得太快，不会发生极化现象。一个正常健康的人对交直流呈现出如下的区别：手臂到手臂间的电阻，对直流电是 1050Ω，对交流电是 250Ω；手臂到腿间的电阻，对直流电是 1600Ω，对交流电是 360Ω，这些数值说明，人体对交流电所呈现的电阻比直流电的小。对于 50Hz 、 50～100V的交流电，当电极接触很好时，通电相当长时间后，其电阻可由几千欧姆迅速下降为几百欧姆，就好像一个电容器被击穿了一样。

再者，其它因素也会影响皮肤的电阻。如热刺激汗腺时可引起发汗现象，导致皮肤电阻的降低。其他机械的和化学的刺激也能降低皮肤电阻。总之，所有能刺激皮肤的因素都会降低其电阻。此外，性别。年龄、皮肤的血液循环状态、皮下组织充血、病理过程、神经系统的活动等也对皮肤电阻有影响。

2. 其他组织的电阻 电流通过皮肤表层后，就遇到电阻远小于

皮肤阻抗的组织。所有组织的导电率都决定于其含水量和相对密度。含水越多，则离子越多，因而是良导体。如肌肉和脑之所以是最好的导体，就是因为它们的含水量大。肌肉为 72％~75％，脑为 68％。腱和腱鞘是不良导体，因其含水量小而密度也较大。最不好的导体是脂肪和骨，尤其是骨，而且密度越大越不好。再者，根据组织内离子的极化情况可证明各组织的电阻率还和电流的形式有关。高频电的电阻率最小，低频电的电阻率次之，直流电的电阻率最大。

二 . 电击的类型 电击是生物体意外的受到不适当的电流而产生的电刺激和电伤害。电击分为两大类，一类称为强电击，它是由体外经皮肤流进体内，然后再流出体外的电流引起的。另一类是微电击，它是不经过皮肤电阻或者只有一端经过皮肤电阻而流进心脏组织内部的电流引起的。

1. 强电击 当较高的电压加在人体表面两点间，将有电流通过人体而引起电击。这种外加的电压引起的电击就是强电击。如一只手接触到市电电源或漏电又没有接地的仪器机壳，电流将从手流进，而从另一只手或脚流出。

2. 微电击 埋植或插入体内的医用电子器件几乎都是依靠电进行工作的，很容易发生电击的危险。特别是插入心脏内部或其附近的由导体构成的电极和装满生理盐水的导管等，它们均是导电物质，极易引起对心脏直接电击，这种类型的电击称为微电击。微电击诱发心室颤动是一种最可怕的危险，微电击电流即使在 100μA以下，也能诱发心室颤动。造成微电击的原因是因为体内的器件本身有漏电流，或与它并用的体外医用电子仪器有漏电流而引起的，特别是多个医用仪器组合使用，而它们又存在着电的联系时，更要注意发生微电击的危险。

三 . 电击的因素 电击是个非常复杂的问题。电击的伤害程度决定于很多因素，而这些因素又是相互关联着的。1. 电压：在有高压电的地方时常会看到高压危险的警示，人们很容易误认为高压才有危险，其实低压也有危险。电击是否会发生危险的决定因素是电流强度。当电阻一定时，电压越高则电流越大，也就是越危险。但假若电阻很小，尽管电压低，也可能会产生较大的电流，因而仍然存在危险。但一般来说，24伏特以下的电压比较安全。

2. 电流种类：当电压较低时，直流电比交流电安全。但电压高时，直流电反而危险。对于交流电的频率则以 50Hz 电流为最危险，频率低或高则危险性相对低。原因是细胞内的离子将以交流电的频率往复运动，当交流电的频率为 50Hz 时，离子运动的速度刚好足以使之由细胞的一端到另一端来回一次，因之离子此时在细胞内所引起的骚动最大，也就是破坏最大。频率小则来回的次数少，破坏也就小；频率大，则离子在细胞内的移动范围小，破坏也就小，而对于较高频率（如20kHz 以上），电流所引起的离子移动很小，危险性反而减少。

3. 电流强度：电流的大小是电击致死的主要因素。当电流只有 1~2mA时，人有轻微麻痹感。当为 8~12mA时，电击时肌肉自动收缩。当高于22mA时，电源一旦与皮肤接触，所发生的热量即将表皮烧毁，结果电阻变小，电流更大，那时人将无法摆脱电流，除非有他人把电源移去，这种电流叫“冻结”电流。若有 100mA的电流从手经心脏至脚，就会引起心脏颤动，危及生命。至于使神经系统停止活动，发生呼吸停止，就需要有几安培的电流。但交流和直流的情况不一样。交流的安全电流是 10mA，而直流的是 5mA，若交流频率高达 1MHz 时，人体甚至可安全地承受 3000mA的电流。再者各人对电流的敏感程度也不同，上述只是平均数值。

4. 电流密度：电流对一已知面积的作用主要决定于电流密度。电流密度即垂直通过单位面积的电流强度。就一定量的电流强度来说，通过的面积越大，则作用越小；反之若该电流集中于较小面积，则其作用甚至可以破坏组织。电疗时到底应用多大的电流密度以病人的舒适感受为准。直流电大约是每 6.5cm2约1~2mA，低频交流电高一些，高频电流可高达 75~100mA，这种显著的差别说明了为什么多用高频电流发热，而不用直流或低频电源。

若所使用的两电极一样大，则电极下的电流密度相等，若一电极的面积为另一电极的两倍，则前者的电流密度为后者的二分之一。至于两极之间的电流密度，由于电流线的分散，则密度较小。两电极越近，电流越集中。若两电极在身体或四肢的同一侧，则皮肤中的电流密度最大。两电极越近电流密度越大，若要得到深部效应，则两电极间的距离不应小于25cm。当两极中有一个很小时，则主要作用将在该电极下发生，叫有效电极，在外科中的电针和电刀就是这样一种电极，此时该电极下的电流大大超过组织的忍受限度，而使组织受到破坏。

两电极大小不相等时，电极下的电流密度不一样。若一电极的面积是另一电极的两倍，则前者的电流密度为后者的二分之一。

两电极大小相等时，电极下的电流密度一样。（图中所示是电流线，电流线越密，则该处的电流密度越大。）

两电极在同一侧，则皮肤中的电流密度最大。

有效电极下的电流大大超过组织的忍受限度。

5. 人体电阻：人体电阻最主要的是皮肤，而皮肤的干湿又对其电阻有很大影响。如在干燥情况下，皮肤电阻可大到 6×105 ，而潮湿时可小到只有 1000Ω，若用干燥手掌摸 3600V的高压线，而脚站在地上，这时人体被用来闭合电路，就有电流流过人体，其电流强度为 6mA，人将受到轻微的电击。但人若在沐浴时用手摸漏电的电器，尽管其电压只有 220V，而由于人体电阻只有 1000Ω，流过人体的电流就大于220mA，人体这种触电多半是无法挽救的。

6. 人体电路：电流经过人体的通道也非常关键。若电路上没有脑、心、肺等重要器官，则危险性较小。有人曾用动物做过实验，让 220V、 50Hz 的电流由前脚进后脚出，此时动物心脏处在电路中，动物死亡；若电流从一只后脚进，从另一只后脚出，则危险性较小。还应指出，交流电和直流电在通过人体时不一定走通电两极间的最短路线，而是沿其间的血管和淋巴管流动。直流电总是沿电阻小的路径流动，而对高频电流而言，只要电阻不太大，它就会沿着最短路程流动。

7. 通电时间：电击时电流流经人体的时间长短也很重要，若时间过长，由于皮肤电阻随时间而下降，因而会增大通过人体的电流。其次，心脏大约每秒收缩一次，其中以心舒张前 0.1秒的时间最危险。若通过胸部的电流为 25mA，就可引起颤动。若电击时间超过一秒，则这 0.1秒当然会包括在电击时间之内，因而就很危险。若电击时间小于 0.1秒，而又不在该危险段内，那么，即使电流大到 10A，也不致引起心脏颤动，因此应尽可能缩短电击时间。

四 . 防止电击的主要措施 前面讨论了产生电击的一些原因，为了避免超出安全值的电流通过人体，必须要有良好的防电击措施。以下介绍几种方法。

1. 保护接地：保护接地的方法是防止电击的有效措施。这种方法是把仪器进行接地。若将医用仪器的金属外壳等外部容易接触的导体接地，当人接触到金属外壳时，就与人体并联一个接地电阻。

设人体电阻 Rp约为 1kΩ，保护接地电阻 RE约为 10Ω，绝缘电阻 R1约为 100kΩ。假如无保护接地时，流过人体的电流为 1mA ，有保护接地时则只有 9.9μA ，接地后电流显著变小。在保护接地的情况下，剩下的 990μA电流通过接地电阻流向大地。

2. 绝缘保护：为了防止医用仪器电击事故的发生，首要的办法是把仪器的电路部分进行绝缘，这样人体就不易接触到电路。具体来说，是用金属的或绝缘物的外壳，将整个仪器覆盖起来。这种绝缘称为基础绝缘。在这种绝缘的基础上再加强一层绝缘的方法，称为辅助绝缘。两种绝缘重合在一起的方法称为双层绝缘。这种类型的仪器即使双层绝缘中的任何一种被损坏，另一种绝缘仍可保证安全。

3. 使用安全超低压电源：选用特别低的电源电压，即使人体接触到电路，也没有损伤危险。就是基础绝缘老化、损坏，也不会发生危险。在医用仪器上，把浮地的交流电压 24V以下、直流电压 50V以下的电源，称为医用安全超低压。

4. 绝缘触体部分：所谓触体部分是指接触患者身体的部分。如心脏导管和埋植体内的起搏器的刺激电极等触体部分，它们直接接触心肌和心腔。从这些仪器流出的漏电流直接刺激心肌，极易引起心室颤动。必须把从触体部分流出的漏电流限制在极小范围之内，才不会引起心室颤动。为了使同时连接多台医用仪器而不引起心室颤动，需要采用某些方法限制连接到心脏上的触体部分流过的电流。为此目的，将连接心脏的触体部分同仪器的其它部分和接地点绝缘。这种方法称为绝缘触体部分。它的优点是可以依靠绝缘阻抗控制漏电流。

对于“浮地”的医用仪器，特别要注意漏电流。其中仪器本身的漏电流（如除颤的刺激电流引起的漏电流）、市电漏电流流经对地绝缘不好的人体、接地不良的电动设备等都会导致电击现象的发生。

5. 信号隔离：在绝缘触体部分中，触体部分进行了绝缘，但还必须能够传送信号。要实现这个任务就需用信号隔离器。信号隔离器是依靠电磁耦合或光耦合来传送信号的。除此之外，还可以通过绝缘介质等传播信号，如通过电磁波、声波、超声波、机械振动等。

第四节 医用电器的安全检测 影响医用仪器安全性的因素是多种多样的，对各种不同因素的检测十分必要，以下只讨论其中一些比较容易检测的项目的测试方法，如仪器的漏电电流、绝缘电阻、接地线电阻等。

一 . 漏电电流的检测 医用仪器的安全性检测中最重要的检测项目是仪器漏电流的测量。1. 测量仪器 它是在量程为100mV，输入阻抗为 100kΩ以上的高灵敏度交流电压表的输入端钮之间，接入 1000Ω的电阻和 0.15µF的电容器并联组成的电路。此电路模拟人体对电击反应的频率特性，模拟人体的电阻阻值为 1000Ω。测量时将交流电压表的读数除以模拟人体的电阻值就可换算出漏电电流。

2. 接地泄漏电流：测量接地漏电流时，在保护接地端钮和墙壁接地端钮（大地）之间接入测量仪器进行测量。如果仪器用两孔插座，应将电源插头交换一下进行测量，以改变电源的极性，取二者中较大的数值作为漏电电流。医用仪器常用特殊的三孔插头，测量方法如图 (b)所示。以上测量中，如遇到仪器有附加保护接地端钮时，应将它和接地端断开后再测量。

3. 机壳漏电流：机壳漏电流是在人体能够接触的仪器外壳的金属部分和墙壁接地端钮间流过的电流。测量仪器的一端和墙壁接地端钮连接，另一端和仪器露出的金属部分的某点连接。测量必须在接地线断开和接地线连通两种情况下来进行（一般是将接地线断开时电流数值偏大），而且电源的极性也要变换。

二 . 绝缘电阻的检测 通常测量绝缘电阻值是使用直流绝缘电阻表进行。将测量仪器串在电源线的一端和各测量点之间。应注意在电源插座中拔下电源线插头，然后在插头和仪器连接的情况下进行测量。测量时尽可能改变绝缘电阻表的极性，测量两次。由于测量结果受当时的湿度、温度的影响很大，所以应选择不同时期的环境进行数次测量，以测量到最不理想情况下的绝缘电阻值。

三 . 接地线电阻的检测 如果在墙壁插座的接地端或处发生断线，医用仪器即使接了地也不起作用。因此定期检查墙壁接地端钮是非常必要的。在同一室内几个墙壁接地端钮间的电

阻可用图示所示的方法测量。用检测仪表对各端钮作导通测试，如图中就表示了墙壁接地端钮 3不起接地作用。另外，医用仪器插头中接地引线是否断路也是不容忽视的问题，必须经常仔细检查。