生物醫(yī)學儀器第八章

生物醫(yī)學儀器第八章第一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日第八章醫(yī)學儀器的安全與認證管理抗干擾和低噪聲，構(gòu)成生物信號測量的兩個基本條件。安全問題必須優(yōu)先考慮。第二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日8.1醫(yī)學儀器的干擾抑制8.1.1醫(yī)學儀器的干擾干擾：來自儀器內(nèi)部和外部的無用信號。（1）被測信號是微弱的，就要求測試系統(tǒng)具有較高的靈敏度。而靈敏度越高，對于干擾也越敏感，即極易把干擾引入測試系統(tǒng)。（2）工頻50Hz干擾幾乎落在所有生物電信號的頻帶范圍之內(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，完全淹沒了微弱的生物電信號。（4）按照耦合方式，干擾可分為：磁場干擾、電場干擾、高頻電磁干擾、公共阻抗干擾和漏電流耦合干擾。第三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日8.1醫(yī)學儀器的干擾抑制8.1.1醫(yī)學儀器的干擾由于電磁運動產(chǎn)生電磁場，故凡帶電的元件、導線、結(jié)構(gòu)件等都能形成電磁場。一般把電場和磁場分別進行處理。電場通過電容性耦合引入干擾。磁場通過電感性耦合引入干擾。1. 磁場干擾干擾電流產(chǎn)生的磁通隨時間變化形成干擾電壓。在系統(tǒng)內(nèi)部，線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)是由于兩根導線在長距離平行架設(shè)中形成干擾電壓。當電流I在一個閉合回路中流動時，將產(chǎn)生與電流成正比的磁通。第四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日8.1醫(yī)學儀器的干擾抑制8.1.1醫(yī)學儀器的干擾2. 電場干擾在電子系統(tǒng)內(nèi)部元件和元件之間，導線和導線之間以及導線與元件，導線、元件與結(jié)構(gòu)件之間都存在著分布電容。一個導體上的電壓或干擾成分通過分布電容使其他導體上的電位受到影響，這種現(xiàn)象稱為電容性耦合。第五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日8.1醫(yī)學儀器的干擾抑制由容性耦合形成對敏感電路的干擾，在不考慮C1時為：（2-1）在下述兩種實際情況下，可將式（2-1）簡化：（1）則：（2）則：這時，對敏感電路的影響與干擾源的頻率基本無關(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Ь€之間的距離，盡量避免兩導線平行，以減少分布電容C來抑制干擾。在生物電放大器中大多數(shù)用該式估算干擾電壓。第六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日8.1醫(yī)學儀器的干擾抑制8.1.1醫(yī)學儀器的干擾3. 高頻電磁場干擾經(jīng)導線傳播把干擾引入測試系統(tǒng)。交流電源線、測試系統(tǒng)中的長線都具有天線的效果，能夠廣泛拾取附近的設(shè)備或空間電磁場的干擾波。在測試系統(tǒng)中對交流電源線或信號長線不采取措施，則往往形成干擾。第七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日8.1醫(yī)學儀器的干擾抑制8.1.1醫(yī)學儀器的干擾4. 儀器接地不正確引起的干擾工作接地方式有兩種：（1）一點接地:分串聯(lián)和并聯(lián)兩種形式；（2）多點接地。（1）一點接地的串聯(lián)形式：從抗干擾的角度出發(fā),這種方式最不合理,因為: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，但是由于簡單、方便、在電路電平相差不多時仍可使用。第八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日8.1醫(yī)學儀器的干擾抑制8.1.1醫(yī)學儀器的干擾（2）一點接地的并聯(lián)形式：并聯(lián)形式的一點接地方式，由于

A、B、C各點電位只與本電路的地電流、地線電阻有關(guān)，在低頻信號中比較適用。但這種方式由于地線的感抗和各地線之間的電感耦合，以及地線之間的分布電容，在各電路之間形成耦合而不適用于高頻。第九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日8.1醫(yī)學儀器的干擾抑制8.1.1醫(yī)學儀器的干擾（3）高頻電路的多點接地：在高頻情況下，單點接地是不宜采用的。因為這種接地方式連線太多，線與線之間及電路各元件之間分布電容增大，高頻干擾信號將通過電容耦合而混人測量信號之中。所以，在處理高頻信號時，不僅連線的排列、元件的位置布局要講究，接地方式也應采取多點接地。電路1R1L1電路2R2L2電路3R3L3多點接地，電路中所用的地線分別連到最近的低阻抗地線排上，地線排一般用大面積的鍍銀銅皮。一般來說，1MHz以下可以采用一點接地，頻率高于10MHz時采用多點接地。在1~10MHz范圍內(nèi)，如果用一點接地，其長度不得超過波長的1/20，否則應采用多點接地。第十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日8.1醫(yī)學儀器的干擾抑制8.1.1醫(yī)學儀器的干擾5. 儀器間連接不正確引起的連接干擾如當同時監(jiān)護病人的心電、脈搏、血壓等信號時，所用各臺儀器均由220V、50Hz市電供電，而每臺儀器的底板都通過三芯插頭的地線接地，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，引進干擾。這種情況下正確的接地方法，應該只留一臺儀器的電源插頭接地，拔去其它儀器上的地線插頭，即切斷地電流流通的回路，才能消除干擾。第十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日8.1醫(yī)學儀器的干擾抑制8.1.2醫(yī)學儀器的屏蔽屏蔽：泛指在兩個空間區(qū)域加以金屬隔離，用以控制從一個區(qū)域到另一個區(qū)域電場或磁場的傳播。無外場

干擾源(a)

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

所用的電源造成的工頻干擾）。第十三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日8.1醫(yī)學儀器的干擾抑制8.1.2醫(yī)學儀器的屏蔽屏蔽體：通常采用金屬板、金屬網(wǎng)；屏蔽效果：用屏蔽后場強被衰減的程度來描述。電磁波被入射到金屬表面時所產(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，共三十四頁，編輯于2023年，星期日8.1醫(yī)學儀器的干擾抑制8.1.2醫(yī)學儀器的屏蔽銅、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，對于1kHz頻率的吸收損耗，即使用鋼板，也必須達到一定的厚度。第十五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日8.1醫(yī)學儀器的干擾抑制8.1.2醫(yī)學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：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，共三十四頁，編輯于2023年，星期日8.1醫(yī)學儀器的干擾抑制8.1.2醫(yī)學儀器的屏蔽低頻平面波的大量衰減是來自反射損耗；在高頻時的大量衰減是來自吸收損耗。選擇屏蔽材料的原則是：（1）屏蔽電場或遠場的平面波（輻射場）時宜選擇銅、鋁、鋼等高電導材料；

（2）低頻材料的屏蔽，宜選擇玻莫合金、錳合金、、磁鋼、鐵等高磁導率材料。第十七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日8.2電流的生理效應和電擊8.2.1人體的導電性質(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電性；電流的強度和形式對皮膚電阻也有很大影響。第十八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日8.2電流的生理效應和電擊8.2.1人體的導電性質(zhì)2. 其他組織的電阻其他組織的電阻遠小于皮膚阻抗，所有組織的導電率都取決于其含水量和相對密度；各組織的電阻率還與電流的形式有關(guān)。第十九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日8.2電流的生理效應和電擊8.2.2電擊第二十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日8.2電流的生理效應和電擊8.2.2電擊1. 宏電擊第二十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日8.2電流的生理效應和電擊8.2.2電擊2. 微電擊存在一個從體外到心臟的導電通路。第二十二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日8.2電流的生理效應和電擊8.2.3電流的生理效應1. 熱效應：組織的電阻性發(fā)熱。2. 刺激效應：細胞發(fā)生與電源同頻的興奮反應。3. 化學效應：電解、電泳和電滲現(xiàn)象。第二十三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日8.2電流的生理效應和電擊8.2.4影響電擊的因素電流影響：電擊損傷正比于電流強度的平方，反比于接觸面積，與作用時間成正比。2. 電壓影響：30V，20V，10V。頻率影響：50~60HZ的低頻電流的刺激效應最強，對人體電擊傷害程度最嚴重。其他因素影響：對女性的傷害比男性大；對患疾病人的傷害比健康人大。第二十四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日8.2電流的生理效應和電擊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^人體電流增加。泄露電流：所有電子儀器都存在泄露電流。4.心臟的導電通路：使用幾臺電子儀，特別是同時使用體內(nèi)和體外探測儀時。第二十五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日8.3人體電擊的幾種情況及防護措施8.3.1電源配電系統(tǒng)的防護第一，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電表面保持在同一電位上，這個電位不一定是地電位。一般電子電器設(shè)備的機殼都應接地。（1）機殼接地目的：是為了在任何情況下，使人經(jīng)常接觸的機殼保持零電位。（2）機殼電位產(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，共三十四頁，編輯于2023年，星期日8.3人體電擊的幾種情況及防護措施2保護接地與絕緣過流保護漏電切斷第二十七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日8.3人體電擊的幾種情況及防護措施8.3.2儀器內(nèi)部設(shè)計考慮1右腿驅(qū)動電路技術(shù)第二十八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日8.3人體電擊的幾種情況及防護措施8.3.2儀器內(nèi)部設(shè)計考慮2絕緣介質(zhì)部分3信號隔離第二十九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日8.3人體電擊的幾種情況及防護措施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?shù)墓╇姺绞胶徒拥仉娮?

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

c.等電位接地:把儀器周圍所有導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,但如果產(chǎn)生的接地電位和人體電位相等,那么電流就不會通過人體,仍然能夠防止電擊事故的發(fā)生.第三十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日8.3人體電擊的幾種情況及防護措施8.3.3醫(yī)用電子儀器接地數(shù)臺設(shè)備并用時的接地方式：

三種：分別單獨接地、共用一條接地線、分組共用ABCDABCDABCD(a)多臺設(shè)備分別接地(b)多臺設(shè)備公用一地線(c)混合方式第三十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日8.3人體電擊的幾種情況及防護措施8.3.3醫(yī)用電子儀器接地多臺設(shè)備接地方式分析:第一種方式，在出現(xiàn)故障時，接地電流會變得更大，不僅會產(chǎn)生微電擊，還有產(chǎn)生宏電擊的危險，因此，單獨的接地方式在生物醫(yī)學測量中應避免。第二種方式，如果事故發(fā)生在A、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。第三十二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期日8.3人體電擊的幾種情況及防護措施8.3.3醫(yī)用電子儀器接地第三