Некоторые аспекты современного здравоохранения провоцируют серьезные проблемы, связанные с обеспечением электрической безопасности пациентов. Более того, есть множество опасностей, уникальных именно для биомедицинской сферы, которые специалист должен отчетливо понимать. Сюда относятся высокочастотное излучение и электромагнитные волны, рентгеновское лучи, сильные магнитные поля, биорастворы и вредные вещества. Мы касаемся мер безопасности в данной главе. Поговорим о базовой электрической безопасности. Помните, что пациент окружен и часто присоединен к приборам, которые работают от сети переменного тока 120 В. Прерыватели сети и плавкие предохранители этих приборов обычно рассчитаны на токи не менее 0.25А и призваны защищать сами устройства, а не пользователя. Нервные и мышечные ткани наиболее восприимчивы к удару током при частотах между 50 и 60 Гц.
Большинство мест, где ведется работа с пациентами, содержат различные жидкости: физиологические растворы (очень хороший проводник), растворы для внутривенного введения, человеческие отправления (моча, кровь, рвотные массы и т. д.), которые часто проливаются или протекают через электрическое оборудование. Эти жидкости часто образуют проводящую цепь, которая приводит пациента в контакт с источником электропитания.
Основной линией защиты тела против электрического тока является кожа. Сухой наружный покров тела — достаточно плохой проводник, но, пройдя через кожу ток обнаруживает электролитические жидкости, которые имеют малое сопротивление. Многие процедуры в больнице требуют проникновения через кожу. В дополнение к хирургическим, лечебные и физиотерапевтические процедуры, которые проводятся в палатах, также создают мостики через кожу: иглы для внутривенных инъекций, различные катетеры и дренажные трубки.
Диагностические приборы, такие, как кардиомониторы и мониторы для контроля кровяного давления, должны быть непосредственно подключены к пациенту. Если неисправность прибора заставляет ток течь через пациента, то спасения нет. Не стоит забывать, что люди со слабым здоровьем часто более восприимчивы к поражению электрическим током и менее защищены от него.
Как вы помните из предыдущих глав, система распределения питания, которая используется в зданиях, имеет три провода в розетке: черный (фазный), белый (нейтральный) и зеленый (земля). Проводка в больницах и промышленных зданиях более сложная, но подаваемое для практических целей электропитание также представляет собой стандартную розетку, такую же, как в жилых домах.
Зеленый провод — это проводник для обеспечения безопасности, который должен быть хорошо заземлен.
Нейтральный подключен одним концом к трансформатору и также связан с землей.
Фазный подключен к другому выводу трансформатора и имеет потенциал 120 В переменного тока выше потенциала земли.
Задача зеленого провода — гарантировать, что металлические корпуса электрических устройств не могут иметь более высокого напряжения. Он всегда связан с шасси, корпусом или каркасом электрического прибора. Фазный и нейтральный провода должны быть изолированы от каркаса или шасси.
Если в приборе возникает неисправность и фазный провод образует контакт с шасси, ток потечет через безопасный провод заземления, а не через человека, который коснется прибора, как показано на рис. 10.1.
Рис. 10.1. Безопасное заземление оборудования
Одна из процедур, которую необходимо всегда выполнять с оборудованием, предназначенным для ухода за пациентом, это проверка сопротивления заземления, которая требует использования очень точного омметра для измерения сопротивления между третьим выводом (земля) розетки и шасси. Оно должно быть меньше 500 мОм (0.5 Ом). Для достаточно точного измерения сопротивления используется специальный омметр с четырьмя проводами (рис. 10.2).
Рис. 10.2.Проверка сопротивления заземления с использованием четырех проводов
Два провода создают известный ток в проводе заземления. Два других измеряют напряжение, которое возникает между концами провода, и по закону Ома, пропорционально сопротивлению.
Даже если неисправности не возникает, определенный ток все равно имеет место вследствие емкостного взаимодействия фазного провода и шасси. Если провод заземления поврежден, этот ток может пойти от фазного провода на шасси и через пациента на землю, что называется током утечки. Для проверки тока утечки необходимо разомкнуть провод заземления и измерить ток, который будет идти между человеком, касающимся шасси, и землей. Человека заменяет стандартная тестовая нагрузка, изготовленная из резисторов и конденсаторов, которая имеет импеданс 1000 Ом. как показано на рис. 10.3. Вольтметр должен показывать меньше 100 мВ, что соответствует току менее 100 мА через «пациента».
Рис. 10.3.Проверка тока утечки
Выполнив эти два основных теста обеспечения безопасности, специалист по биомедицинскому оборудованию может предотвратить неприятности даже в том случае, если возникнет неисправность оборудования. Если фазный провод замыкается на шасси, провод заземления защитит пациента и сработает предохранитель. Если провод заземления замыкается на кабель питания, нормальный ток утечки гарантирует, что это не причинит вреда. Для оборудования, которое проходит регулярную проверку в рамках общей программы ни один из таких дефектов не может остаться незамеченным, а вероятность возникновения обоих в одном устройстве практически равна нулю. На рис. 10.4 показан тестер электрической безопасности промышленного назначения, который выполняет эти и другие проверки. Обратите внимание, что проверяемый прибор включается в анализатор, и для измерения сопротивления провода заземления кабель подключен к шасси.
Рис. 10.4.Тестер электрической безопасности
Одной из основных причин, почему больницы стали нанимать технических специалистов для обслуживания своего оборудования, стала необходимость обеспечения безопасности пациентов. Объединенная комиссия по аккредитации госпиталей (JCAH) — руководящий орган, который устанавливает стандарты электрической безопасности и инспектирует госпитали для подтверждения того, что оборудование прошло проверку и ведется учет всех выполненных действий. Без этого подтверждения больницы не могут считаться организациями обеспечения медицинского страхования в рамках государственных программ. Хотя обеспечение программы безопасности все еще является важной функцией инженерного департамента больниц, роль технического специалиста в области здравоохранения распространилась на многие другие области, что обеспечило значительную экономию в сфере больничной индустрии.
Значительная часть оборудования, которое используется сегодня в больницах, служит диагностическим средством для докторов, медсестер и других работников здравоохранения. Развитие этого типа оборудования в значительной степени стало следствием космической программы 1960 годов. Наблюдение физиологических параметров астронавтов стало необходимым, поскольку тело человека впервые подвергалось воздействию неизвестной среды и сил. Например, в определенный период ученые считали, что человек не может выжить в условиях движения, выше скорости звука. Но потом появились сверхбыстрые машины, и ученые занялись изучением воздействия таких условий на человеческое тело.
Были разработаны методы и оборудование для измерения частоты сердечных сокращений, кровяного давления, параметров дыхания, температуры тела, электрической активности мозга и т. д. Часто эта информация передавалась в виде радиосигналов, для того, чтобы обеспечить человеку полную свободу движений. Все эти инструменты нашли применение на рынке услуг здравоохранения, и в 1970 годах стали возникать фирмы — поставщики биомедицинского оборудования.
Другие существующие технологии — рентгеновская и ультразвуковая визуализация (разработанная в результате исследований эхолокатора) были улучшены и стали применяться в медицине. Были созданы различные типы преобразователей для формирования электрических сигналов, пропорциональных таким показателям, как содержание в крови кислорода, двуокиси углерода, окиси углерода, различных токсинов и т. д. Были разработаны очень точные инструменты для измерения малых единиц напряжения, тока или сопротивления (проводимости) для формирования количественных оценок этих переменных величин.
Для того чтобы любой из этих приборов служил по своему назначению, медицинский персонал должен уметь протестировать его. Это поможет убедиться в точности результатов и провести настройки для коррекции расхождения между выходным сигналом, который должен быть, и выходным сигналом, который реально выдает прибор. Этот процесс обычно называется калибровкой. Для диагностического оборудования калибровка выполняется путем подачи на вход известной величины и настройки прибора для обеспечения соответствующего выходного сигнала. Формы входных и выходных воздействий могут быть очень разными для различных типов диагностических инструментов, более специфические детали будут обсуждаться при рассмотрении конкретного оборудования.
Во-первых, необходимо проверить работу сердца. В ситуациях оказания первой помощи необходимо найти пульс, прощупав изменение давлений в основных кровеносных сосудах. Наличие пульса говорит о том, что пострадавший жив, но не дает достаточной информации о текущем состоянии сердца пациента.
Сердце — мышечный орган, часть очень сложной структуры, известной как кровеносная система. У него есть локальная система управления, которая синхронизирует все аспекты сердечных сокращений и инициирует движение мышцы. Это очень похоже на работу пресса на производственных предприятиях, который снабжен программируемым логическим контроллером для синхронизации подачи исходного материала, выполнения операции и передачи готового изделия на следующий этап. Так же, как производительность пресса руководится крупной системой управления, частота сердечн