巴博薩， 法比奧， 斯伯丁

0 引言

自20世紀下半葉起，鑒于電氣設備（EE）的使用頻率、種類及數(shù)量與日俱增，針對電氣事故的預防也隨之引起了人們的高度關注。在1976年，由國際電工委員會IEC／TC62A醫(yī)用電氣技術委員會擬立了《醫(yī)用電氣設備的共性》草案，提到醫(yī)用IT系統(tǒng)具備的兩個重要作用：增加供電系統(tǒng)的可靠性和降低對地漏電流。

供電系統(tǒng)可靠性指的是不間斷的供電能力，例如，在IT系統(tǒng)中即使出現(xiàn)接地故障，也可保證系統(tǒng)能帶故障運行。這是很重要的一點，因為某些電氣設備會在短期內(nèi)（或是永久）幫助（或是替代）病人維系身體的某些生命功能。

另外，降低對地漏電流也很重要，因為在降低漏電流的同時隨之降低了接觸電壓，有效控制了系統(tǒng)對病人體內(nèi)的直接漏電。然而，若TN-S系統(tǒng)（接地系統(tǒng)）中若出現(xiàn)故障，接觸電壓會增大，在與病人身體接觸時會產(chǎn)生漏電流。應該指出的是，大多數(shù)醫(yī)用電氣設備在使用過程中，與之接觸最多的就是病人和醫(yī)護人員。因此，在這種環(huán)境下，觸電隱患始終存在。

需要注意的是，當IT系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，就變成了TN-S系統(tǒng)，隨之出現(xiàn)的各種風險問題就只和TNS系統(tǒng)相關。所以，為了避免這種情況出現(xiàn)，可以在系統(tǒng)中安裝用于監(jiān)控IT系統(tǒng)的設備，并規(guī)范其使用技術指標。

第一種是絕緣監(jiān)測儀（IMD），可監(jiān)測絕緣阻抗、負載電流等，當系統(tǒng)第一次發(fā)出故障報警信號時，絕緣電阻阻值通常會下降到50 k?。

第二種是報警器，一般會安裝在ICU（重癥監(jiān)護病房）的墻上或是手術中心、中心護士站，亦或是維修部門，通過連接一個或是多個絕緣監(jiān)測裝置，對報警事件或是IMD警報發(fā)出聲光（亮綠色和紅色）報警信號。

1 研究方法

1.1 設備開發(fā)

本文主要介紹醫(yī)療2類場所（手術室、ICU等）中電氣安全和信息系統(tǒng)（分硬件和軟件兩部分）的研究，同時分析了設備間的無線通信。其中軟件的開發(fā)需要收集、存儲、處理和分類位于手術室或ICU護士站的安全條件信息。而硬件開發(fā)主要是IMD和報警器這兩種設備。本文采用的IMD稱為DSIMED 5002，它的開發(fā)主要是為了滿足醫(yī)院的ICU和手術室等生命攸關的重要場所。作為一個嵌入式計算機，IMD通過采用C 8051F310單片機（C語言編程）進行監(jiān)測絕緣阻抗（用Ω表示）、隔離變壓器溫度（用℃表示）、負載電流（用A表示）等操作。該裝置配有LCD和薄膜鍵盤，方便調(diào)節(jié)絕緣電阻、溫度和電流的報警值。電氣安全與信息系統(tǒng)的框圖見圖1。

如圖1所示，該系統(tǒng)與報警器（圖2）連接，用于提供各部門護士站的用電情況。該設備可以集中監(jiān)視多達10個設備，且每個IMD可以監(jiān)視一些ICU病房或手術室，收集的信息顯示在液晶顯示屏上，并根據(jù)這些信息分析是否進行聲光報警。

圖1 電氣安全與信息系統(tǒng)框圖

圖2 報警器示例

1.2 操作系統(tǒng)

首先，IMD和報警器配置，待IMD通過傳感器收集到數(shù)據(jù)后，再將這些數(shù)據(jù)與之前設置的告警值進行比較，并將結(jié)果顯示在報警器上。如果顯示數(shù)值達到警報限，則報警器會觸發(fā)聲音報警并顯示問題信息。屆時，在場的工作人員會及時發(fā)現(xiàn)報警源并進行通知。

1.3 改進系統(tǒng)

起初，IMD和報警器之間是通過電纜進行互連的，使用的是標準RS-485。然而，隨著研究的繼續(xù)和科技的進步，人們開始研究利用無線網(wǎng)絡實現(xiàn)這種互聯(lián)的可能性。這里需要提到的是，無線網(wǎng)絡技術可用于醫(yī)療環(huán)境下的多個應用程序中，例如，將病人的信息集中收集到一個終端儲存，支持臨床醫(yī)護人員實時、連續(xù)監(jiān)測，在提高醫(yī)護人員工作效率的同時也能增加患者的流動性。

因此，無線技術的快速發(fā)展與應用促成了各種替代方案和通信協(xié)議的出現(xiàn)，盡管最初無線技術只是用于語音和數(shù)據(jù)的高速傳輸。事實上，只有在各種協(xié)議支持數(shù)據(jù)無線通信之后，像藍牙或是Wi-Fi才可以考慮利用協(xié)議來響應特定傳感器的需要及設備控制。而在此之前，醫(yī)院這些電氣設備的制造商只是采用自己本公司的解決方案，嚴重影響整個應用系統(tǒng)的互操作性。

目前應用比較廣泛的有Wi-Fi、藍牙、ZigBee這三種用于射頻數(shù)據(jù)的通信協(xié)議。三種技術雖然各有優(yōu)勢，但比較來說，ZigBee協(xié)議棧比藍牙協(xié)議更為簡單，前者每秒最大32千字節(jié)，后者為250千字節(jié)，ZigBee技術可以使用更為簡單的微控制器，因此，筆者認為無需藍牙較為復雜的應用程序，只采用優(yōu)化的ZigBee技術解決方案即可，特別是針對低數(shù)據(jù)量傳輸?shù)南到y(tǒng)，又由于IMD傳送的報警信息數(shù)據(jù)量小（最大250千字節(jié)每秒），故ZigBee無線傳輸技術可視為理想解決方案。

岳文姣編譯自 2010 Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology，4427-4430.