Медицинская электроника

КР №3 «Медицинская электроника»

1.Электробезопасность при работе с электромедицинской аппаратурой. Методы обеспечения безопасности

Поражение организма электрическим  током может произойти в виде электрической травмы или электрического удара. Электрические травмы - это результат внешнего местного воздействия тока на тело: электрические ожоги, электрометаллизация кожи, знаки тока.

Электрические ожоги являются следствием теплового действия тока, проходящего через тело человека или следствием действия электрической дуги, возникающей при коротком замыкании в установках с напряжением свыше 1000 вольт.

Электрометаллизация происходит при внедрении в кожу мельчайших частичек расплавленного под действием тока металла.

Электрические знаки тока представляют собой поражения кожи в виде резко очерченных округлых пятен, возникающие в местах входа и выхода тока из тела при плотном контакте с находящимися под напряжением частями.

Электрические удары - это возбуждение тканей организма под действием тока, сопровождающиеся судорожным сокращением мышц. Электрические удары могут вызвать тяжёлые повреждения внутренних органов: сердца, лёгких, центральной нервной системы и др. В результате электрического удара может наступить расстройство сердечной деятельности (нарушение ритма, фибрилляция желудочков сердца), расстройство дыхания, шок, в особо тяжёлых случаях приводящие к смертельному исходу.

Методы обеспечения безопасности

При протекании тока в теле человека создаётся напряжение, которое называется напряжением прикосновения. Для снижения величины напряжения прикосновения и обеспечения электробезопасности устраивают защитное заземление или защитное зануление.

Защитное заземление - это надёжное соединение прибора или его части с землёй. Сопротивление защитного заземления, применяемого при эксплуатации электромедицинской аппаратуры, не должно быть более 4 Ом. При наличии заземления ток на участке «корпус-земля» будет разветвляться, и поскольку сопротивление заземления 4 Ома, а человека - около 1000 Ома то, ток, проходящий через человека при наличии защитного заземления, оказывается значительно меньшим, чем при отсутствии заземления.

Зануление - это соединение корпуса прибора с нулевым проводом сети переменного тока. При наличии зануления, в случае соединения цепи с корпусом, в подводящих проводах возникает очень сильный ток, приводящий к перегоранию плавких предохранителей и выключению прибора. Однако зануление аппарата не гарантирует полную электробезопасность. Если нулевой провод будет оборван, то соединённый с фазой корпус будет находиться под фазным напряжением по отношению к земле, и прикосновение к этому корпусу будет опасно для жизни. Поэтому ддя обеспечения лучшей степени безопасности аппарат не только зануляют, но и заземляют.

 

2.Характеристика  защиты электромедицинской аппаратуры (основные степени и классы  защиты от поражения электрическим  током)

Назначение и условия применения электромедицинской аппаратуры определяют ту или иную степень защиты пациентов и обслуживающего персонала от поражений электрическим током.

Установлены следующие четыре степени защиты:

Н - с нормальной степенью защиты;

В - с повышенной степенью защиты;

BF - с повышенной степенью защиты и изолированной рабочей частью;

CF - с наивысшей степенью защиты и изолированной рабочей частью.

К типу Н относятся приборы и  аппараты без рабочей части: лабораторные приборы, стерилизаторы и др.

К типу В относятся приборы и  аппараты с рабочей частью, которая  может иметь контакт с телом  пациента за исключением непосредственного  контакта с сердцем: электростимуляторы, ультразвуковые аппараты и др.

К типу BF относятся приборы и аппараты, в которых рабочая часть изолирована от корпуса: низкочастотная электролечебная аппаратура, стимуляторы и др.

К типу CF относятся приборы и аппараты, рабочая часть которых имеет непосредственный контакт с сердцем: внешние электростимуляторы, измерители давления в полости сердца и др.

По способу защиты пациентов  и обслуживающего персонала от поражения электрическим током аппаратура с питанием от внешних источников питания делится на четыре класса:

• класс 01 - дополнительная изоляция рабочей части, неавтоматическое заземление;
• класс 1 - дополнительная изоляция рабочей части и автоматическое заземление;
• класс 2 - дополнительная изоляция всех цепей питания и отсутствие защитного заземления;
• класс 3 - питание от изолированного источника с переменным напряжением не более 24 Вольт или постоянным напряжением не более 50 Вольт при отсутствии внешних и внутренних цепей с более высоким напряжением.

У приборов класса 01 имеется наружный зажим защитного заземления, который нужно соединить с заземляющим устройством до включения сетевого шнура в розетку, Вилки у приборов класса 01 имеют два штыря и включаются в общую розетку.

Аппараты класса 1 имеют трёхжильный сетевой шнур. Третья жила этого шнура внутри аппарата соединяется с зажимом заземления. Сетевая розетка в этом случае должна иметь три гнезда, из которых одно соединено с заземляющим устройством. При этом защита (заземление) обеспечивается автоматически, независимо от добросовестности и внимательности обслуживающего персонала.

Сущность защиты по классу 2 состоит в создании двойной изоляции, т.е. сочетании основной и дополнительной изоляции. Применяется также и усиленная изоляция. Под усиленной изоляцией понимают основную изоляцию с повышенными изоляционными свойствами. При этом у аппаратов класса 2 нет приспособлений для заземления. Включать аппараты можно в любую розетку.

Сущность защиты 3 класса состоит в питании аппаратуры от цепи низкого напряжения.

 

3.Надёжность медицинской аппаратуры. Основные категории надёжности. Классификация медицинской аппаратуры по надёжности

Способность аппаратуры не отказывать в работе в заданных условиях эксплуатации и сохранять свою работоспособность в течение заданного интервала времени характеризуется обобщающим термином «надёжность».

Важным параметром надёжности является вероятность безотказной работы. Она оценивается экспериментально отношением числа N работающих (неиспортившихся) за время t изделий к общему числу К испытывавшихся приборов: P(t) = N/K .

Другим количественным показателем  надёжности является интенсивность отказов. Этот показатель можно выразить как отношение числа отказов dN к произведению времени dt на общее число N работающих приборов: L(t) = -dN/dt.

Между вероятностью безотказной работы P(t) и интенсивностью отказов L(t) существует определённая связь:

P(t) = exp (-L • t) .

Классификация медицинской аппаратуры по надёжности

В зависимости от возможных последствий  отказа в процессе эксплуатации медицинские  изделия подразделяются на четыре класса:

А - изделия, отказ которых представляет непосредственную опасность для жизни пациента или персонала. Вероятность безотказной работы изделия этого класса должна быть не менее 0,99 в течение наработки между планово-предупредительными техническими обслуживаниями или в течение установленного для них срока службы. К изделиям этого класса относятся приборы для наблюдения за жизненно важными функциями больного, аппараты искусственного дыхания и кровообращения и др.;

Б - изделия, отказ которых вызывает искажение информации о состоянии организма или окружающей среды, не приводящее к непосредственной опасности для жизни пациента или персонала, либо вызывает необходимость немедленного использования аналогичного по функциональному назначению изделия, находящегося в режиме ожидания. Вероятность безотказной работы изделия этого класса должна быть не менее 0,8. К таким изделиям относятся системы, следящие за состоянием здоровья больных, аппараты для стимуляции сердечной деятельности и др.;

В - изделия, отказ которых снижает эффективность или задерживает лечебно-диагностический процесс в некритических ситуациях, либо повышает нагрузку на медицинский или обслуживающий персонал, либо приводит только к материальному ущербу. Наработка на отказ ремонтируемых изделий этого класса и средняя наработка до отказа не ремонтируемых изделий должна не менее, чем в два раза превышать наработку или календарный период между планово-предупредительными техническими обслуживаниями. Она должна превышать гарантийную наработку или гарантийный срок эксплуатации при средней интенсивности использования изделия. К этому классу относится большая часть диагностической и физиотерапевтической аппаратуры, инструментарий и др.;

Г – изделия, не содержащие частей, которые могут отказать. Электромедицинская аппаратура к этому классу не относится.

 

4. Электрический импульс и импульсный ток. Виды импульсов

Электрическим импульсом называется кратковременное изменение электрического напряжения или силы тока. Повторяющиеся  импульсы называют импульсным током.

Импульсный сигнал и его характеристики.

U_max - максимальное значение напряжения; t - время; t_ф - длительность фронта импульса; t_cp - длительность среза импульса; t_и - длительность импульса; tgα - крутизна фронта импульса.

Раздражающее действие одиночного импульса на мышцу зависит от параметров импульса: крутизны фронта - tga, длительности импульса - t_H и амплитуды импульса - U_мах. Существенное значение при электростимуляции имеют период следования импульсов Т (или связанная с периодом частота следования импульсов v = 1/Т) и скважность импульсного тока: Q = T/t_и.

 

Скважностью импульсного тока называется отношение периода следования импульсов к длительности импульса. Величина, обратная скважности, есть коэффициент заполнения: К = 1/Q = v • t_и.

Виды импульсов

Видеоимпульсы - это электрические импульсы тока или напряжения, которые имеют постоянную составляющую, отличную от нуля.

Радиоимпульсы - это модулированные электромагнитные колебания.

Физиологическое действие электрических  импульсов на организм зависит от частоты и формы импульсов.

Импульсные токи используются при  расстройствах периферического  кровообращения, моторной функции кишечника, мочевого пузыря, в гинекологии при родовой слабости проводится стимуляция матки и т.д.

                                               Тетанизирующий ток.                                 Экспоненциальный ток

Тетанизирующий ток с параметрами: длительностью импульса t_H = 1-2 мс и частотой v — 80-100 Гц применяется для стимуляции здоровых мышц с нарушенной иннервацией.

Экспоненциальный ток (ток  Лапика) применяется для стимуляции пораженных мышц. Частота следования импульсов v = 5-50 Гц.

Прямоугольные импульсы (токи Ледюка) применяются для вызывания «электросна» При этом используются следующие параметры импульсного тока: время импульса t_и = 0,2-0,5 мс, частота следования импульсов v = 5-160 Гц. Токи Ледюка применяются также для создания «электроанальгезии». Используются следующие параметры: время импульса t_и — 3,5-4,0 мс, частота следования импульсов v = 60-100 Гц.

Токи Ледюка.

Используются и более сложные диадинамические токи (ДДТ или токи Бернара). Эти токи обычно используются при заболеваниях периферической нервной системы (радикулит, неврит и т.д.).

         Токи Бернара.

Импульсы диадинамических токов  в области амплитуды напоминают синусоиду, поэтому их еще называют синусоидально-импульсными токами. Используются два вида импульсов с параметрами: время импульса t = 20 мс, частота v — 50 Гц, и время импульса t = 10 мс, частота v= 100 Гц.

Чаще импульсы подаются на больного отдельными посылками или группами. При этом основную роль играет длительность посылки и время паузы.

Применяется также синусоидально-модулированный импульсный ток (рис. 5.12). Иногда эту процедуру называют амплипульстерапия. Часто используется при заболеваниях центральной и периферической нервной системы с двигательными нарушениями. При этом на больного подается переменный или выпрямленный ток частотой v — 50-150 Гц, модулированный более низкой частотой, обычно v = 4-5 Гц.

Синусоидально-модулированный ток

Для формирования импульсных сигналов определённой формы из прямо угольных электрических импульсов используются дифференцирующие и интегрирующие  цепи.

Прохождение прямоугольного импульса через различные цепи

а)Дифференцирующая цепь:

Дифференцирующая  ячейка.

Если на вход такой цепи поступают  прямоугольные импульсы напряжения, то форма импульса на выходе зависит  от соотношения времени, необходимого для зарядки конденсатора (ι = R • С), и длительности импульса t_и.

При ι >> t_и конденсатор заряжается в начале импульса и разряжается в конце. При этом получаются два кратковременных импульса разного знака.

При ι >> t_и конденсатор успевает зарядиться частично. Форма импульса изменяется только в начале и в конце.

б) Интегрирующая цепь:

Интегрирующая ячейка.

Поступившие на вход прямоугольные  импульсы напряжения вследствие заряда конденсатора в начальной части  импульса и разряда его в конце  создают на выходе постоянно нарастающую  и постоянно спадающую формы, т.е. получается импульс экспоненциальной формы (ДДТ или ток Бернара).

 

Получение ДДТ

 

5. Шкала  электромагнитных волны

Различные электромагнитные волны, в  том числе и световые, имеют  общую природу. В связи с этим составлена единая шкала электромагнитных волн. Шкала построена по принципу увеличения частоты (уменьшения длины волны). Так как электромагнитные волны разных частот оказывают различное действие на организм человека и животных и имеют различные свойства, то вся шкала условно подразделена на шесть диапазонов: радиоволны(длинные, средние и короткие), инфракрасные, видимые, ультрафиолетовые, рентгеновские волны и гамма-излучение. Радиоволны обусловлены переменными токами в проводниках и электронными потоками (макроизлучатели). Инфракрасное, видимое и ультрафиолетовое излучения исходят из атомов, молекул и быстрых заряженных частиц (микроизлучатели). Рентгеновское излучение возникает при внутриатомных процессах, гамма-излучение имеет ядерное происхождение.