基于物聯(lián)網(wǎng)的醫(yī)用設(shè)備電氣安全監(jiān)控系統(tǒng)

1、基于物聯(lián)網(wǎng)的醫(yī)用設(shè)備電氣安全監(jiān)控系統(tǒng)侯軍，邱頂，王普杰，肖慶，李平(中國人民解放軍520 醫(yī)院信息設(shè)備科，四川 綿陽 621000)摘要：為實現(xiàn)醫(yī)療設(shè)備電氣安全的集中、高效、智能化管理，提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)的醫(yī)用設(shè)備電氣安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)想。在綜合分析醫(yī)療設(shè)備電氣安全參數(shù)標準的基礎(chǔ)上，以接地電阻這一重要的防電擊參數(shù)為主，從接地電阻測量模塊、監(jiān)控?zé)o線網(wǎng)絡(luò)、接地電阻監(jiān)控軟件等方面對基于物聯(lián)網(wǎng)的醫(yī)用設(shè)備接地電阻檢測系統(tǒng)進行初步設(shè)計。分析結(jié)果證明：該方法可對接地電阻進行智能化的監(jiān)控，可有效地對醫(yī)用設(shè)備電器安全參數(shù)進行監(jiān)控，為相關(guān)研究提供參考。關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；醫(yī)用設(shè)備；電氣安全中圖分類號：TP277.2 文獻

2、標志碼：AElectric Safety Monitoring System of Medical EquipmentBased on The Internet of ThingsHou Jun, Qiu Ding, Wang Pujie, Xiao Qing, Li Ping(Division of Information Equipment, No. 520 Hospital of PLA, Mianyang 621000, China /)Abstract: In order to realize centralized, efficient, intelligent managemen

3、t for medical electrical equipment safety, putforwards an electric safety monitoring system of medical equipment based on the internet of things. On the basis ofcomprehensive analysis of medical equipment safety parameters of electrical standards, the grounding resistance is animportant protection a

4、gainst electric shock parameters, the grounding resistance measurement module, wireless network,grounding resistance monitoring software of medical equipment based on network earth resistance detection system forpreliminary design. This method can effectively monitor the medical equipment electrical

5、 safety parameters, which canprovide reference for the related research.Key words: the internet of things; medical equipment; electric safety摘要： 為實現(xiàn)醫(yī)療設(shè)備電氣安全的集中、高效、智能化管理，提出一種基于物聯(lián)網(wǎng)的醫(yī)用設(shè)備電氣安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)想。在綜合分析醫(yī)療設(shè)備電氣安全參數(shù)標準的基礎(chǔ)上，以 接地電阻這一重要的防電擊參數(shù)為主，從接地電阻測量模塊、監(jiān)控?zé)o線網(wǎng)絡(luò)、接地電阻監(jiān)控軟件等方面對基于物聯(lián)網(wǎng)的醫(yī)用設(shè)備接地電阻檢測系統(tǒng)進行初步設(shè)計。分 析結(jié)果證明：該方法

6、可對接地電阻進行智能化的監(jiān)控，可有效地對醫(yī)用設(shè)備電器安全參數(shù)進行監(jiān)控，為相關(guān)研究提供參考。關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);醫(yī)用設(shè)備;電氣安全0 引言隨著生物、信息與電子技術(shù)的飛速發(fā)展，醫(yī)療設(shè)備得到了廣泛的應(yīng)用。醫(yī)護人員和患者不可避免地經(jīng)常與各種醫(yī)療設(shè)備接觸，醫(yī)療設(shè)備的電氣安全問題日益突顯。物聯(lián)網(wǎng)最早于 1999 年由麻省理工學(xué)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(yīng)器、全球定位系統(tǒng)(GPS)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)?；诖?，筆者設(shè)想利用物聯(lián)網(wǎng)將醫(yī)療設(shè)備主要安全指標進行

7、遠程自動監(jiān)測和控制，實現(xiàn)安全、方便、快捷、可靠的管理，保證設(shè)備使用人員和患者的安全。1 醫(yī)療設(shè)備電氣安全參數(shù)標準我 國 根 據(jù) 國 際 電 工 委 員 會 (IEC) 的 標 準IEC60601-1:1988醫(yī)用電氣設(shè)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(yī)用電氣設(shè)備安全的國家標準 GB9706-2007“醫(yī)用電氣設(shè)備第一部分：安全通用要求”。該標準是醫(yī)療設(shè)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(yī)療設(shè)備的電氣安全參數(shù)專用標準， 其中 3 項防電擊參數(shù)是監(jiān)測重點，分別是：接地電阻、漏電流、電介質(zhì)強度。接地電阻指用電設(shè)備金屬外

8、殼與接地端鈕間的電阻值，是衡量設(shè)備電氣安全的主要指標之一，主要保證病人、操作人員及設(shè)備的安全，既抑制來自外界的干擾， 又防止醫(yī)療電子設(shè)備對外界產(chǎn)生干擾。漏電流的產(chǎn)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(jīng)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(yīng)用部件。漏電流是醫(yī)用電氣設(shè)備的重要安全指標之一。據(jù)資料報道，美國平均每年有 1 200 多人在常規(guī)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(shù)。我國醫(yī)療電氣設(shè)備安全防護水平還沒有達到先進國家水平，更應(yīng)該在醫(yī)用電氣設(shè)備設(shè)計中慎重考慮漏電流的限制， 并作為重點監(jiān)測安全

9、參數(shù)之一。電介質(zhì)強度是考核醫(yī)用電氣絕緣的一個重要指標，即在外界電流出現(xiàn)高壓滲入的情況下仍能保證電路對地的良好絕緣。醫(yī)用電氣產(chǎn)品在使用過程中，與其連接的電網(wǎng)因雷電、開關(guān)過度或感應(yīng)等情況而帶來瞬態(tài)過電壓， 會造成絕緣材料的損傷甚至擊穿。電介質(zhì)強度試驗就是檢驗醫(yī)用電氣設(shè)備固態(tài)電氣絕緣性能的重要方法，通過對設(shè)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(shè)備的絕緣材料可靠性，確保人員安全。2 醫(yī)用設(shè)備接地電阻監(jiān)測系統(tǒng)初步設(shè)計2.1 系統(tǒng)整體設(shè)計根據(jù)信息生成、傳輸、存儲和應(yīng)用的原則，物聯(lián)網(wǎng)的一般結(jié)構(gòu)模型為：感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層4-5。按此結(jié)構(gòu)模型，系統(tǒng)主要包括接地電阻測量設(shè)備、無線網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控中心 3

10、 部分，整體框圖如圖 1。系統(tǒng)依托于無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，在監(jiān)控中心實現(xiàn)對分散于醫(yī)院各處的醫(yī)療設(shè)備的接地電阻進行實時監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)接地電阻超過設(shè)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(shè)備供電電源。2.2 接地電阻測量模塊的設(shè)計接電電阻測量設(shè)備連接于被測設(shè)備金屬外殼、被測設(shè)備電源接口與接地端鈕、供電電源之間，主要包括電源、數(shù)據(jù)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(nèi)部結(jié)構(gòu)圖和測量時的外部連接圖如圖 2 所示。 電源模塊為其他模塊提供穩(wěn)定的交流及直流工作電壓和電流。數(shù)據(jù)測量模塊完成數(shù)據(jù)測量?？刂破髂K是整個測量設(shè)備的控制中心，協(xié)調(diào)控制各個模塊的運行和信 號傳遞，同時還可存

11、儲整個測量設(shè)備的相關(guān)設(shè)備參數(shù)。無線通訊模塊通過無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)與監(jiān)測中心的數(shù)據(jù)通訊，必須支持 TCP/IP 協(xié)議。電子標志為每個測量設(shè)備提供一個可識別的唯一標志，以便于區(qū)分系統(tǒng)中各個不同的測量設(shè)備，保證數(shù)據(jù)通訊的準確性。報警模塊在接地電阻值超過設(shè)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(shè)備電源接口之間的連接。正常情況下，繼電器處于導(dǎo)通狀態(tài)，當(dāng)測量設(shè)備接到監(jiān) 控中心的斷開被測設(shè)備電源指令時，在控制器的控制下斷開繼電器，被測設(shè)備供電電源被斷開。2.3 監(jiān)控?zé)o線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計相比傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)，無線網(wǎng)絡(luò)消除了有線網(wǎng)絡(luò)對接入設(shè)備位置的限制，使用靈活，同時也節(jié)省了相應(yīng)的光纖、

12、電纜、網(wǎng)線等有線信號傳輸設(shè)施，施工簡單。無線網(wǎng)絡(luò)形式眾多，例如 3G、 WiMAX、ZigBee、 Wi-Fi 等，其中 Wi-Fi 是最常用的無線網(wǎng)絡(luò)接入方式。隨著醫(yī)院信息化數(shù)字化水平不斷提高，醫(yī)院信息網(wǎng)絡(luò)已在傳統(tǒng)的有線網(wǎng)基礎(chǔ)上擴展到無線網(wǎng)，大多醫(yī)院已建成了院內(nèi)的無線局域網(wǎng)。例如中國人民解放軍 520 醫(yī)院，在建設(shè)實施移動醫(yī)護系統(tǒng)時已通過架設(shè) AP 的方式實現(xiàn)了全院 Wi-Fi 信號覆蓋。本著充分利用現(xiàn)有資源的原則，系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)層就采用已有的無線局域網(wǎng)。2.4 接地電阻監(jiān)控軟件設(shè)計監(jiān)控軟件系統(tǒng)主要包括人機界面、通訊接口和數(shù)據(jù)庫 3 個部分，如圖 3 所示。人機界面主要完成監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集和分析處理、動態(tài)顯示接地電阻實時值，當(dāng)接地電阻超過設(shè)定的安全閾值時及時給出警示。同時設(shè)計功能模塊，可自動或手動遠程切斷設(shè)備供電電源， 以保證安全;系統(tǒng)有對歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)的回放查詢功能。數(shù)據(jù)庫對采集數(shù)據(jù)和分析結(jié)果進行存儲，以便查詢和分析應(yīng)用;通訊接口基于 TCP/IP 設(shè)計，實現(xiàn)監(jiān)控軟件與測量設(shè)備的數(shù)據(jù)通訊，按照預(yù)定的格式，接收和解析測量設(shè)備傳回的數(shù)據(jù)，并可以將監(jiān)控中心指令傳輸至測量設(shè)備。3 結(jié)束語筆者提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)的醫(yī)用設(shè)備電氣安全監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)想， 并對醫(yī)用設(shè)