对医院手术区的电气思考

 
摘   要　根据现代医院手术区的要求和特点，按照国际选进洁净手术区、手术室的电气标准，结合图例对手术区、手术室的电气设计及其安全要求作了阐述。详细分析手术治疗过程中使用医疗电气设计和医用电子仪器对手术病人进行治疗时有电击发生的可能和防范的措施，并对手术室的IT接地系统、等电位联结等关键性问题作较为详细的介绍。
叙   词　医院　手术区　手术室　电气设计　电击　等电位联结
1.问题的提出
医院手术区作为医院救死扶伤、治病救人的一个重要部门。目前国家有关部门对手术室的一些标准和要求已经进行了修正，从JGJ49－88《综合医院建筑设计规范》和JGJ/T16－92《民用建筑电气设计规范》以下简称《规范》中也能看出手术区、手术室的标准都在不断地提高，一些省市级的大型综合医院已经引进和改建了许多由达到国际标准的洁净手术室组成的手术区。从这些新型的手术区中可以看出对电气部分又增加了许多新的内容，特别对手术区室的电气安全要求和防范措施提出更高的要求。本文就这些问题作一些讨论和介绍。
2.手术室简介
手术室一般根据其功能和规格由墙体分隔，在分隔后的手术室内用钢板作为内衬墙面过去为瓷砖，钢板表面涂覆无菌无毒的专用涂料；手术室内转角处均为圆角连接，无任何死角，不容易积灰，便于清洁；地面采用医用防静电塑胶；手术无影灯采用爪形结构，这在净化手术室中能使净化层流空气从顶棚淋下不受阻挡；医用电源除四壁墙上安装的电源插座外，顶棚悬吊式综合医用气体架上也留有电源插座，其位置是在手术主刀医生的右前上方；手术床为电动控制；洁净手术室门是由电或压缩空气作为动力的密闭式自动门，采用红外开关或膝盖按钮；整个手术室的温度、压力、时钟显示和调节等均汇总在一块仪表板上；在合适的位置装有嵌入式观片灯。每个手术室设一个电话有些医院在手术区设一套独立的内部呼叫和外部通信中心。近年一些三级甲等、乙等，二级甲等医院纷纷引进整体化、达到国际先进标准的洁净手术室，使医院手术区的硬件环境达到一个新的水平。
3.手术区的电气设计
医院手术区主要为住院病人服务，一般建在医院病房楼内，由于手术区建筑平面的特殊性，在大楼任何一层设置为手术层，其建筑平面与大楼标准层难以相同，必然影响该楼垂直管线的走向。洁净手术室又需要配置净化空调机组，如果净化空调机组与手术室在同一层并列设置，势必占用手术层的大量空间，对于这个问题，一般的做法是把净化空调机组设在手术区上面，在手术区上面设设备层，即解决洁净手术室上方净化空调设备的放置，又可转换由上引下或由下引上的供水管、污水管、风管等，保证手术层的整体性。手术区的电气设计是这样考虑的：首先根据《规范》规定，在手术区设配电间，其供电负荷为一级，由双电源供电并自动切换；每个手术室由手术区双电源自动切换箱引出的放射式电源设独立的手术室配电箱，对于手术室净化空调的供电电源也是一级负荷，但其双电源的切换时间允许超过15s。如果医院变电所一回高压电源或1台变压器发生故障，变压器低压侧分段母线的联络开关能在较短时间内合上，那么该电源可以由变电所低压线上单回路引出作为手术区净化空调的电源，否则也需要双电源并自动切换以保证电源的可靠性。对手术区内所用的医技电源，现在许多手术与医技设备配合进行手术治疗，如介入治疗、体内放射、心血管造影等，这些电源属一级负荷且必须双电源自动切换。因为在手术过程中使用这些设备时，电源是不能中断的。从图1可以了解医院手术区的配电干线系统。
4.手术室的电气设计
医院手术室的电气平面见图2。
需要说明的是：根据《规范》要求，手术室的一般照明应采用洁净荧光灯嵌入式安装，水平照度不宜低于500lx不包括手术灯照度，垂直照度不低于水平照度的1/2；手术室摄像器一般在手术灯和墙上各装一个，那么摄像器的信号线和电源线都必须预留；手术室内的的悬吊式综合医用气体架上有电源插座，悬吊式综合医用气体架在手术室顶棚安装机座处应安装好插座电源的接线盒，手术室插座回路不能安装漏电保护装置。洁净手术室采用了层流式净化措施和正压，紫外线灯是不考虑安装的，偶而需要只需使用移动式紫外线灯即可。非净化手术室以3～5W/m2设置紫外线灯。手术室究竟是否需要三相电源这个问题在设计时应与医院共同确定。随意在手术室设置三相电源不妥，这里牵涉到一个防止发生电击的问题，即是否要设置IT接地系统。三相电源主要为了使用较大型的医技设备配合手术治疗，要使手术室具备这一功能，不仅需要电源，还要安装医技设备的空间，安装的基础或支架等，这些在手术室设计阶段必须一并确定和完成，因此医院必须尽早确定，一旦手术区建成后再行改建，手术区的分隔墙体、钢板内衬、设备层的净化设备、风管等都将变动，施工会十分被动，施工成本也将增加。对于做胸腔手术，手术室应采用隔离变压器和降压变压器组成局部低压IT接地系统，也就是中性线不接地系统，在这里必须注意，变压器的金属外壳仍需与等电位联结端子板联结，当电源线与外壳短路时，发生接地故障。由于电源中性点对地绝级，故障电流不能经中性线与电源构成回路，仅为线路对地有限的电容电流。当电源线路足够短时，故障电流是很微小的，在手术室内不同部位所形成的电位差也就很小，电源不必切断，手术可以继续进行。但这种局部的IT系统绝缘检测不能省，当发生第一次接地故障，在手术后，应立即排除故障，防止第二次异相接地故障而引起相间短路，影响手术的正常使用。
5.手术治疗过程中可能发生的电击
现代医疗科学技术的发展，使越来越多的医疗电气设备和医用电子仪器应用于临床诊断和治疗，在手术过程中将使用各种医用电气设备和仪器，包括大型的X光机、心血管造影机、体内放疗的直线加速器等。由于医疗电气设备的长期使用、维修、保养和设备自身的安全性能，或者医务人员的操作规范与否等诸多因素，难免有医疗电气设备和电子仪器绝级损坏、电流泄漏的现象，这就不可避免地导致医疗电击事故的发生。电击分为宏电击和微电击两种，宏电击是电压较高，电流较大，电流是从人体皮肤的某一点流入，经过体内再从另一点流出，这种电击往往是由误操作，绝缘损坏等意外原因造成的。微电击则是电压较低，电流可能很微小，是由插入人体内部的电子仪器产生的泄漏电流，它是由人体内部流出体外的，这种电击现象的发生很可能电子仪器仍处于正常工作状态，医务人员往往不易察觉而使电击延续时间较长，由于电击是在人体内部发生，距离心脏又很近，致人死命的可能是很大的。
6.手术室等电位联结的必要性
国际电工委员会IEC关于“电流通过人体的效应”出版物4971第二版一文指出0.5mA是能感觉的最小电流，10mA是人体能够摆脱电击电流的阀值。当电击电流大于10mA并伴随电击时间的延续会造成呼吸困难、心房颤动或心脏停跳的后果。图3的数据是“IEC”考虑了人体电阻后提出的较为保守的数值。但对于医院接受手术治疗的患者来说，即使在10mA的阀值内遭受电击也是十分危险的，因为正常人体对电击时的自然保护有两个方面：第一是人体电阻，它能够限制流过的电流量；第二是人体遭受电击时的肌肉收缩，有助于人体摆脱电击。这两种保护对手术病人来说可能都难以发生作用，因为医疗电气设备的电极经常贴附人体皮肢上或直接插入人体体内，比如进行生物电测的病人往往需用导电膏来减少皮肤的电阻，插入口腔和直肠的电子体温计正好旁路了人体电阻，手术病人的体外循环给电流流入体内正好提供了一条低阻通路。手术病人一般体质虚弱，经过麻醉后即使遭受电击也没有摆脱电击的能力，打开胸腔的手术病人，人体电阻几乎为零，一旦手术中有医疗电气设备绝缘损坏，微小的泄漏电流就有可能流经心脏而引起严重后果。为此，国际电工委员会IEC对医疗设备允许通过的漏电流值作出更加严格的规定：
1电流流过皮肤。正常状态为100μA以下，单一故障状态500μA以下；
2电流流过心脏。正常状态为10μA以下，单一故障状态50μA以下。
为了有效防范手术室等一些特殊场所因医疗设备发生泄漏电流而产生严重后果，目前，国际上防微电击措施常采取等电位联结。前苏联、美国、德国、英国、奥地利、澳大利亚等国都在本国的电气法规中制定了采取等电位联结，防止电击发生的有关规定。我国《规范》第14.7.6.2条规定：“使用插入体内接近心脏或直接插入心脏内的医疗电气设备的器械，应采取防微电击保护措施”，“防微电击措施宜采取患者有可能在2.5m范围以内直接或间接触及到金属部件进行等电位联结，用于上述部位进行等电位联结的保护线或接地线的电阻应使上述金属导体相互间的电位差限制在10mV以内。”对于上述要求，在新建和改造医院的建设中，在新建建筑物实行总等电位联结的基础上，对手术室、ICU、CCU重症监护病房等应设置局部辅助等电位联结的措施。其根本目的就是把手术室内所有正常状态下不流过电流的金属物连成一体，即使发生电气故障，这些金属物之间也不会产生电位差。
7.手术室等电位联结的实施
按照《规范》在患者边缘起2.5m范围以内有可能触及到的金属部件进行等电位联结，患者长度以2m计算，加上2.5m×2总计7m。一般中大型手术室在40～50m2，手术室内部还要布置医疗器械柜、观片灯、综合控制板等，因此手术室内几乎所有的金属设备在7m×7m范围之内。也就是说，手术室内的照明灯、手术无影灯、金属器械柜、呼吸麻醉机、手术床、金属门窗、空调进出风口的金属格栅框等，为安全起见均应作等电位联结，由等电位联结端子板连成一体见图4。
手术室等电位端子板设在专用的等电位联结箱内，等电位联结箱一般设在建筑物内侧柱子或剪力墙旁，等电位端子板与柱内钢筋连接，手术室内不带电流的金属体均采用BV－6铜芯绝缘导线穿绝缘管与等电位端子板连接，等电位端子板与手术室电源配电箱的接地板之间采用BV－16或BV－25铜芯绝缘导线连接，手术室所有电气设备则由手术室电源配电箱引出电源线中的PE接地线作为等电位联结线，至此，手术室局部辅助等电位联结完毕。
8.结束语
医院手术区作为医院一个十分重要而又特殊的场所，在电气方面有其自身的特点和安全要求。由于我国地区经济发展的差别，各地区各级别的医院在建设投资和标准方面有一定差别，电气设计人员对手术室是国外整体引进，还是国内自制等各种情况应分别对待，不同处理。手术区内电气管线应根据不同要求布置到位，如果是非净化手术室并自行建造，那么电气设计应该具体到开关、灯具和插座。等电位联结线如果自行安装，应防止遗漏和断接，认真检测等电位端子板至联结金属体间的电阻值<0.2Ω。此外，手术区的通信设施、监控、火灾报警、示教摄像、远程会诊装置等应与整个建筑的弱电部分统筹考虑，一并完善。
参考文献
1.王厚余.工业与民用配电设计手册.北京：中国电力出版社.
2.刘凤军.医用电子仪器原理、构造和维修.北京：中国医药科技出版社.