生物醫(yī)學(xué)儀器第八章

生物醫(yī)學(xué)儀器第八章第一頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日第八章醫(yī)學(xué)儀器的安全與認(rèn)證管理抗干擾和低噪聲，構(gòu)成生物信號(hào)測(cè)量的兩個(gè)基本條件。安全問(wèn)題必須優(yōu)先考慮。第二頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日8.1醫(yī)學(xué)儀器的干擾抑制8.1.1醫(yī)學(xué)儀器的干擾干擾：來(lái)自?xún)x器內(nèi)部和外部的無(wú)用信號(hào)。（1）被測(cè)信號(hào)是微弱的，就要求測(cè)試系統(tǒng)具有較高的靈敏度。而靈敏度越高，對(duì)于干擾也越敏感，即極易把干擾引入測(cè)試系統(tǒng)。（2）工頻50Hz干擾幾乎落在所有生物電信號(hào)的頻帶范圍之內(nèi)，而50Hz干擾又是普遍存在的，為所有生物體所攜帶。（3）生物體屬于電的良導(dǎo)體，難以屏蔽并且易接受外部干擾。尤其是所有生物體所攜帶的50Hz干擾，完全淹沒(méi)了微弱的生物電信號(hào)。（4）按照耦合方式，干擾可分為：磁場(chǎng)干擾、電場(chǎng)干擾、高頻電磁干擾、公共阻抗干擾和漏電流耦合干擾。第三頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日8.1醫(yī)學(xué)儀器的干擾抑制8.1.1醫(yī)學(xué)儀器的干擾由于電磁運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生電磁場(chǎng)，故凡帶電的元件、導(dǎo)線(xiàn)、結(jié)構(gòu)件等都能形成電磁場(chǎng)。一般把電場(chǎng)和磁場(chǎng)分別進(jìn)行處理。電場(chǎng)通過(guò)電容性耦合引入干擾。磁場(chǎng)通過(guò)電感性耦合引入干擾。1. 磁場(chǎng)干擾干擾電流產(chǎn)生的磁通隨時(shí)間變化形成干擾電壓。在系統(tǒng)內(nèi)部，線(xiàn)圈或變壓器的漏磁是形成干擾電壓的主要原因；在系統(tǒng)外面，多數(shù)是由于兩根導(dǎo)線(xiàn)在長(zhǎng)距離平行架設(shè)中形成干擾電壓。當(dāng)電流I在一個(gè)閉合回路中流動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生與電流成正比的磁通。第四頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日8.1醫(yī)學(xué)儀器的干擾抑制8.1.1醫(yī)學(xué)儀器的干擾2. 電場(chǎng)干擾在電子系統(tǒng)內(nèi)部元件和元件之間，導(dǎo)線(xiàn)和導(dǎo)線(xiàn)之間以及導(dǎo)線(xiàn)與元件，導(dǎo)線(xiàn)、元件與結(jié)構(gòu)件之間都存在著分布電容。一個(gè)導(dǎo)體上的電壓或干擾成分通過(guò)分布電容使其他導(dǎo)體上的電位受到影響，這種現(xiàn)象稱(chēng)為電容性耦合。第五頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日8.1醫(yī)學(xué)儀器的干擾抑制由容性耦合形成對(duì)敏感電路的干擾，在不考慮C1時(shí)為：（2-1）在下述兩種實(shí)際情況下，可將式（2-1）簡(jiǎn)化：（1）則：（2）則：這時(shí)，對(duì)敏感電路的影響與干擾源的頻率基本無(wú)關(guān)，而正比于C和C2的電容分壓壓比，只要使C2>>C，就能抑制干擾。這時(shí)干擾的大小正比于C、R且與干擾源頻率有關(guān)?？梢圆捎迷龃髢蓪?dǎo)線(xiàn)之間的距離，盡量避免兩導(dǎo)線(xiàn)平行，以減少分布電容C來(lái)抑制干擾。在生物電放大器中大多數(shù)用該式估算干擾電壓。第六頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日8.1醫(yī)學(xué)儀器的干擾抑制8.1.1醫(yī)學(xué)儀器的干擾3. 高頻電磁場(chǎng)干擾經(jīng)導(dǎo)線(xiàn)傳播把干擾引入測(cè)試系統(tǒng)。交流電源線(xiàn)、測(cè)試系統(tǒng)中的長(zhǎng)線(xiàn)都具有天線(xiàn)的效果，能夠廣泛拾取附近的設(shè)備或空間電磁場(chǎng)的干擾波。在測(cè)試系統(tǒng)中對(duì)交流電源線(xiàn)或信號(hào)長(zhǎng)線(xiàn)不采取措施，則往往形成干擾。第七頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日8.1醫(yī)學(xué)儀器的干擾抑制8.1.1醫(yī)學(xué)儀器的干擾4. 儀器接地不正確引起的干擾工作接地方式有兩種：（1）一點(diǎn)接地:分串聯(lián)和并聯(lián)兩種形式；（2）多點(diǎn)接地。（1）一點(diǎn)接地的串聯(lián)形式：從抗干擾的角度出發(fā),這種方式最不合理,因?yàn)?VA=(I1+I2+I3)R1≠0;VB=(I1+I2+I3)R1+(I2+I3)R2≠0VC=(I1+I2+I3)R1+(I2+I3)R2+I3R3≠0;這種串聯(lián)形式雖不合理，但是由于簡(jiǎn)單、方便、在電路電平相差不多時(shí)仍可使用。第八頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日8.1醫(yī)學(xué)儀器的干擾抑制8.1.1醫(yī)學(xué)儀器的干擾（2）一點(diǎn)接地的并聯(lián)形式：并聯(lián)形式的一點(diǎn)接地方式，由于

A、B、C各點(diǎn)電位只與本電路的地電流、地線(xiàn)電阻有關(guān)，在低頻信號(hào)中比較適用。但這種方式由于地線(xiàn)的感抗和各地線(xiàn)之間的電感耦合，以及地線(xiàn)之間的分布電容，在各電路之間形成耦合而不適用于高頻。第九頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日8.1醫(yī)學(xué)儀器的干擾抑制8.1.1醫(yī)學(xué)儀器的干擾（3）高頻電路的多點(diǎn)接地：在高頻情況下，單點(diǎn)接地是不宜采用的。因?yàn)檫@種接地方式連線(xiàn)太多，線(xiàn)與線(xiàn)之間及電路各元件之間分布電容增大，高頻干擾信號(hào)將通過(guò)電容耦合而混人測(cè)量信號(hào)之中。所以，在處理高頻信號(hào)時(shí)，不僅連線(xiàn)的排列、元件的位置布局要講究，接地方式也應(yīng)采取多點(diǎn)接地。電路1R1L1電路2R2L2電路3R3L3多點(diǎn)接地，電路中所用的地線(xiàn)分別連到最近的低阻抗地線(xiàn)排上，地線(xiàn)排一般用大面積的鍍銀銅皮。一般來(lái)說(shuō)，1MHz以下可以采用一點(diǎn)接地，頻率高于10MHz時(shí)采用多點(diǎn)接地。在1~10MHz范圍內(nèi)，如果用一點(diǎn)接地，其長(zhǎng)度不得超過(guò)波長(zhǎng)的1/20，否則應(yīng)采用多點(diǎn)接地。第十頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日8.1醫(yī)學(xué)儀器的干擾抑制8.1.1醫(yī)學(xué)儀器的干擾5. 儀器間連接不正確引起的連接干擾如當(dāng)同時(shí)監(jiān)護(hù)病人的心電、脈搏、血壓等信號(hào)時(shí)，所用各臺(tái)儀器均由220V、50Hz市電供電，而每臺(tái)儀器的底板都通過(guò)三芯插頭的地線(xiàn)接地，儀器的接地端又需連接在一地，于是就可能構(gòu)成接地回路，引進(jìn)干擾。這種情況下正確的接地方法，應(yīng)該只留一臺(tái)儀器的電源插頭接地，拔去其它儀器上的地線(xiàn)插頭，即切斷地電流流通的回路，才能消除干擾。第十一頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日8.1醫(yī)學(xué)儀器的干擾抑制8.1.2醫(yī)學(xué)儀器的屏蔽屏蔽：泛指在兩個(gè)空間區(qū)域加以金屬隔離，用以控制從一個(gè)區(qū)域到另一個(gè)區(qū)域電場(chǎng)或磁場(chǎng)的傳播。無(wú)外場(chǎng)

干擾源(a)

無(wú)內(nèi)場(chǎng)干擾源（b）主動(dòng)屏蔽被動(dòng)屏蔽第十二頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日8.1醫(yī)學(xué)儀器的干擾抑制8.1.2醫(yī)學(xué)儀器的屏蔽舉例：電極盒放大、處理上圖為腦電測(cè)量示意圖，人體、電極連接箱及轉(zhuǎn)換器置于屏蔽室內(nèi)，信號(hào)放大、處理、記錄、電源等放置在屏蔽室外。這樣在腦電信號(hào)提取過(guò)程中，可免受外界干擾源的干擾（包括腦電圖機(jī)本身

所用的電源造成的工頻干擾）。第十三頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日8.1醫(yī)學(xué)儀器的干擾抑制8.1.2醫(yī)學(xué)儀器的屏蔽屏蔽體：通常采用金屬板、金屬網(wǎng)；屏蔽效果：用屏蔽后場(chǎng)強(qiáng)被衰減的程度來(lái)描述。電磁波被入射到金屬表面時(shí)所產(chǎn)生的損耗有兩種：一種材料的總屏蔽效果等于吸收損耗、反射損耗以及有關(guān)在薄層屏蔽體上多次反射的修正總和。即：總屏蔽效果＝吸收損耗＋反射損耗＋在薄層屏蔽體上多次反射的修正第十四頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日8.1醫(yī)學(xué)儀器的干擾抑制8.1.2醫(yī)學(xué)儀器的屏蔽銅、剛的吸收損耗比較：可以看出：在提供吸收損耗方面，鋼比銅好；但是，對(duì)于1kHz頻率的吸收損耗，即使用鋼板，也必須達(dá)到一定的厚度。第十五頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日8.1醫(yī)學(xué)儀器的干擾抑制8.1.2醫(yī)學(xué)儀器的屏蔽銅鋁剛左圖為銅、鋁、鋼三種材料的反射損耗曲線(xiàn)：可以看出，鋼比銅的反射損耗小。即在提供反射損耗方面，銅比剛好。第十六頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日8.1醫(yī)學(xué)儀器的干擾抑制8.1.2醫(yī)學(xué)儀器的屏蔽低頻平面波的大量衰減是來(lái)自反射損耗；在高頻時(shí)的大量衰減是來(lái)自吸收損耗。選擇屏蔽材料的原則是：（1）屏蔽電場(chǎng)或遠(yuǎn)場(chǎng)的平面波（輻射場(chǎng)）時(shí)宜選擇銅、鋁、鋼等高電導(dǎo)材料；

（2）低頻材料的屏蔽，宜選擇玻莫合金、錳合金、、磁鋼、鐵等高磁導(dǎo)率材料。第十七頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日8.2電流的生理效應(yīng)和電擊8.2.1人體的導(dǎo)電性質(zhì)1. 皮膚的電阻皮膚的電阻大小取決于角質(zhì)層，皮膚充血和水腫能顯著提高其導(dǎo)電性；電流的強(qiáng)度和形式對(duì)皮膚電阻也有很大影響。第十八頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日8.2電流的生理效應(yīng)和電擊8.2.1人體的導(dǎo)電性質(zhì)2. 其他組織的電阻其他組織的電阻遠(yuǎn)小于皮膚阻抗，所有組織的導(dǎo)電率都取決于其含水量和相對(duì)密度；各組織的電阻率還與電流的形式有關(guān)。第十九頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日8.2電流的生理效應(yīng)和電擊8.2.2電擊第二十頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日8.2電流的生理效應(yīng)和電擊8.2.2電擊1. 宏電擊第二十一頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日8.2電流的生理效應(yīng)和電擊8.2.2電擊2. 微電擊存在一個(gè)從體外到心臟的導(dǎo)電通路。第二十二頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日8.2電流的生理效應(yīng)和電擊8.2.3電流的生理效應(yīng)1. 熱效應(yīng)：組織的電阻性發(fā)熱。2. 刺激效應(yīng)：細(xì)胞發(fā)生與電源同頻的興奮反應(yīng)。3. 化學(xué)效應(yīng)：電解、電泳和電滲現(xiàn)象。第二十三頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日8.2電流的生理效應(yīng)和電擊8.2.4影響電擊的因素電流影響：電擊損傷正比于電流強(qiáng)度的平方，反比于接觸面積，與作用時(shí)間成正比。2. 電壓影響：30V，20V，10V。頻率影響：50~60HZ的低頻電流的刺激效應(yīng)最強(qiáng)，對(duì)人體電擊傷害程度最嚴(yán)重。其他因素影響：對(duì)女性的傷害比男性大；對(duì)患疾病人的傷害比健康人大。第二十四頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日8.2電流的生理效應(yīng)和電擊8.2.5造成電擊的原因接地不良：造成接地電阻增大，人體接觸產(chǎn)生電擊。2. 皮膚電阻減?。菏沽鬟^(guò)人體電流增加。泄露電流：所有電子儀器都存在泄露電流。4.心臟的導(dǎo)電通路：使用幾臺(tái)電子儀，特別是同時(shí)使用體內(nèi)和體外探測(cè)儀時(shí)。第二十五頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日8.3人體電擊的幾種情況及防護(hù)措施8.3.1電源配電系統(tǒng)的防護(hù)第一，使病人和所有的接地物體和電流源完全絕緣；第二，把病人能夠接觸到的所有導(dǎo)電表面保持在同一電位上，這個(gè)電位不一定是地電位。一般電子電器設(shè)備的機(jī)殼都應(yīng)接地。（1）機(jī)殼接地目的：是為了在任何情況下，使人經(jīng)常接觸的機(jī)殼保持零電位。（2）機(jī)殼電位產(chǎn)生原因：由于雜散阻抗形成漏電通路,甚至產(chǎn)生絕緣擊穿。第二十六頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日8.3人體電擊的幾種情況及防護(hù)措施2保護(hù)接地與絕緣過(guò)流保護(hù)漏電切斷第二十七頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日8.3人體電擊的幾種情況及防護(hù)措施8.3.2儀器內(nèi)部設(shè)計(jì)考慮1右腿驅(qū)動(dòng)電路技術(shù)第二十八頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日8.3人體電擊的幾種情況及防護(hù)措施8.3.2儀器內(nèi)部設(shè)計(jì)考慮2絕緣介質(zhì)部分3信號(hào)隔離第二十九頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日8.3人體電擊的幾種情況及防護(hù)措施8.3.3醫(yī)用電子儀器接地安全性能接地分為三種：

a.電源接地:選擇適當(dāng)?shù)墓╇姺绞胶徒拥仉娮?

b.保護(hù)接地:為了使漏電流和絕緣失效時(shí)的事故電流安全地流入大地而附加的接地保護(hù).

c.等電位接地:把儀器周?chē)袑?dǎo)電部分和儀器外殼連接在一起,形成等電位,這樣雖然有接地電流流過(guò),但如果產(chǎn)生的接地電位和人體電位相等,那么電流就不會(huì)通過(guò)人體,仍然能夠防止電擊事故的發(fā)生.第三十頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日8.3人體電擊的幾種情況及防護(hù)措施8.3.3醫(yī)用電子儀器接地?cái)?shù)臺(tái)設(shè)備并用時(shí)的接地方式：

三種：分別單獨(dú)接地、共用一條接地線(xiàn)、分組共用ABCDABCDABCD(a)多臺(tái)設(shè)備分別接地(b)多臺(tái)設(shè)備公用一地線(xiàn)(c)混合方式第三十一頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日8.3人體電擊的幾種情況及防護(hù)措施8.3.3醫(yī)用電子儀器接地多臺(tái)設(shè)備接地方式分析:第一種方式，在出現(xiàn)故障時(shí)，接地電流會(huì)變得更大，不僅會(huì)產(chǎn)生微電擊，還有產(chǎn)生宏電擊的危險(xiǎn)，因此，單獨(dú)的接地方式在生物醫(yī)學(xué)測(cè)量中應(yīng)避免。第二種方式，如果事故發(fā)生在A(yíng)、B端的上游，那么即使是連接患者的裝置本身仍正常工作，也有發(fā)生電擊事故的危險(xiǎn)。第三十二頁(yè)，共三十四頁(yè)，編輯于2023年，星期日8.3人體電擊的幾種情況及防護(hù)措施8.3.3醫(yī)用電子儀器接地第三