浅谈医院的电气安全和信息系统

巴博萨， 法比奥， 斯伯丁

0 引言

自20世纪下半叶起，鉴于电气设备（EE）的使用频率、种类及数量与日俱增，针对电气事故的预防也随之引起了人们的高度关注。在1976年，由国际电工委员会IEC／TC62A医用电气技术委员会拟立了《医用电气设备的共性》草案，提到医用IT系统具备的两个重要作用：增加供电系统的可靠性和降低对地漏电流。

供电系统可靠性指的是不间断的供电能力，例如，在IT系统中即使出现接地故障，也可保证系统能带故障运行。这是很重要的一点，因为某些电气设备会在短期内（或是永久）帮助（或是替代）病人维系身体的某些生命功能。

另外，降低对地漏电流也很重要，因为在降低漏电流的同时随之降低了接触电压，有效控制了系统对病人体内的直接漏电。然而，若TN-S系统（接地系统）中若出现故障，接触电压会增大，在与病人身体接触时会产生漏电流。应该指出的是，大多数医用电气设备在使用过程中，与之接触最多的就是病人和医护人员。因此，在这种环境下，触电隐患始终存在。

需要注意的是，当IT系统出现故障时，就变成了TN-S系统，随之出现的各种风险问题就只和TNS系统相关。所以，为了避免这种情况出现，可以在系统中安装用于监控IT系统的设备，并规范其使用技术指标。

第一种是绝缘监测仪（IMD），可监测绝缘阻抗、负载电流等，当系统第一次发出故障报警信号时，绝缘电阻阻值通常会下降到50 kΩ。

第二种是报警器，一般会安装在ICU（重症监护病房）的墙上或是手术中心、中心护士站，亦或是维修部门，通过连接一个或是多个绝缘监测装置，对报警事件或是IMD警报发出声光（亮绿色和红色）报警信号。

1 研究方法

1.1 设备开发

本文主要介绍医疗2类场所（手术室、ICU等）中电气安全和信息系统（分硬件和软件两部分）的研究，同时分析了设备间的无线通信。其中软件的开发需要收集、存储、处理和分类位于手术室或ICU护士站的安全条件信息。而硬件开发主要是IMD和报警器这两种设备。本文采用的IMD称为DSIMED 5002，它的开发主要是为了满足医院的ICU和手术室等生命攸关的重要场所。作为一个嵌入式计算机，IMD通过采用C 8051F310单片机（C语言编程）进行监测绝缘阻抗（用Ω表示）、隔离变压器温度（用℃表示）、负载电流（用A表示）等操作。该装置配有LCD和薄膜键盘，方便调节绝缘电阻、温度和电流的报警值。电气安全与信息系统的框图见图1。

如图1所示，该系统与报警器（图2）连接，用于提供各部门护士站的用电情况。该设备可以集中监视多达10个设备，且每个IMD可以监视一些ICU病房或手术室，收集的信息显示在液晶显示屏上，并根据这些信息分析是否进行声光报警。

图1 电气安全与信息系统框图

图2 报警器示例

1.2 操作系统

首先，IMD和报警器配置，待IMD通过传感器收集到数据后，再将这些数据与之前设置的告警值进行比较，并将结果显示在报警器上。如果显示数值达到警报限，则报警器会触发声音报警并显示问题信息。届时，在场的工作人员会及时发现报警源并进行通知。

1.3 改进系统

起初，IMD和报警器之间是通过电缆进行互连的，使用的是标准RS-485。然而，随着研究的继续和科技的进步，人们开始研究利用无线网络实现这种互联的可能性。这里需要提到的是，无线网络技术可用于医疗环境下的多个应用程序中，例如，将病人的信息集中收集到一个终端储存，支持临床医护人员实时、连续监测，在提高医护人员工作效率的同时也能增加患者的流动性。

因此，无线技术的快速发展与应用促成了各种替代方案和通信协议的出现，尽管最初无线技术只是用于语音和数据的高速传输。事实上，只有在各种协议支持数据无线通信之后，像蓝牙或是Wi-Fi才可以考虑利用协议来响应特定传感器的需要及设备控制。而在此之前，医院这些电气设备的制造商只是采用自己本公司的解决方案，严重影响整个应用系统的互操作性。

目前应用比较广泛的有Wi-Fi、蓝牙、ZigBee这三种用于射频数据的通信协议。三种技术虽然各有优势，但比较来说，ZigBee协议栈比蓝牙协议更为简单，前者每秒最大32千字节，后者为250千字节，ZigBee技术可以使用更为简单的微控制器，因此，笔者认为无需蓝牙较为复杂的应用程序，只采用优化的ZigBee技术解决方案即可，特别是针对低数据量传输的系统，又由于IMD传送的报警信息数据量小（最大250千字节每秒），故ZigBee无线传输技术可视为理想解决方案。

岳文姣编译自 2010 Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology，4427-4430.