数字化手术室智能控制网络建设

一、手术室的分类

在医院手术室工程建设中，医院从自身医疗特色出发，组建不同类型的手术室，从单一的洁净技术型向数字化综合型提升，并注重设计的前瞩性，是满足医院未来发展的必要条件。医院手术室经过150年的发展和完善，形成不同类型的手术室。

根据手术室配置的净化技术，可分为洁净手术室（采用过滤器除菌）、紫外线循环风手术室（采用紫外线杀菌）、PHI消毒技术手术室（采用高强紫外线和稀有金属发生催化反应，产生氧化性粒子，杀灭空气中的细菌、病毒，并除去空气中异味）。

根据手术室配置的医学装备，可分为开放型手术室、微创手术室、无创手术室、机器人手术室、影像导航手术室（复合型手术室）。

现代新型手术室所采用的净化技术、手术装备、医疗管理均已数字化，故称之为数字化手术室，它已成为手术室发展的必然趋势。

每一类型手术室都是工程技术、医学技术共同发展的结果，它们智能控制技术是相同的，其智能控制网络都必须同隔离供电系统接轨，这是手术室智能控制网的特点，是本文的要点。

二、手术室智能控制网结构

医院手术室是医疗的特殊场所，它将控制技术同医学技术高度相融合，是当代医学发展前沿阵地。手术室智能控制网不同于门诊楼、医技楼、病房楼三大主体建筑的智能控制网络系统，为了满足各自不同的需求，避免相互干扰，每间手术室应独立设置智能控制网。各自独立监控，但可集中监视。这是手术室建筑智能化系统的特点。见【图-1】手术室智能控制网结构框图。

手术室智能控制网由自控触摸屏、手术室配电箱、净化机组配电柜、护士站监控中心等四部份组成。自控触摸屏是网络的核心，手术室配电箱、净化机组配电柜、护士站监控中心是网络的结点。自控触摸屏同结点通信，控制和显著示各结点工作状态，为手术现场医护人员管理手术室提供方面。各结点具有双工特性，也可以脱离触摸屏直接控制所管理的下属设备。

三、手术室控制屏

自动控制触摸屏每间手术室配置一套，安装在手术室内醒目和操作方便位置。手术室所使用的设备，其被调节和控制的参数，应集中在控制屏上进行集中显示和操作，这有利于医生和护士对手术室的管理。控制屏已成为现代手术室必备的设备之一，在现代手术室中，控制屏趋向面积大，显示醒目，功能完善。

洁净手术室在设计和安装的过程中，必须对控制屏和设备的连接网络进行周密的设计。

控制屏是手术室智能控制网的核心部件，设计没有统一的规范，【图-2】是现行使用产品之一。

手术室控制屏分两大类：（1）触摸屏，（2）按键屏。触摸屏属于智能型的控制屏，系统内具有编程控制功能，可取代DDC(数字现场控制器)，直接和现场设备相联接，便于实现手术部集中监视，适合大型手术室使用。按键屏采用智能仪表组合，取舍方便，控制直观，适合一般手术室使用。

手术触摸控制屏有如下五项功能:

1.显示功能：

显示当前时间、手术时间、麻醉时间；显示手术室内的温度、湿度等空调参数；显示风速、室内静压等空气净化参数。

2.预置功能：

预置手术室内的温度、湿度，预置净化空调机组的送风量，手术和麻醉时间预置，发出时间提醒信号。

3.控制功能：

控制净化空调机组启/停和风机转速，控制手术室排风机、无影灯、看片灯、照明灯以及摄像机、对讲机、背景音乐等，将手术室内的所有设备都集中在屏上进行管理。

4.报警功能：

对手术室 内各类监视参数都具有超差报警功能，如医用气体压力，过滤器压差，空调净化机组故障，供电故障等。

5 . 查询功能 ：

对手术室内的温度、湿度、洁净度，医用气体压力、过滤器压差、室内余压 、机组故障、电源故障等运行状态进行记录，以供历史查询，既可爱指导维修，特别有益于手术事故的分析。特殊功能手术室都希望具有这一技术。

四、净化机组配电柜

净化机组配电柜是空调净化机组、新风机组的配套设备，数量多，安装在设备层或手术部机房内，手术室智能控制网重要的组成部份，

手术室空气洁净度、温、湿度、静压、新风量、噪音、供电网络对地电阻都应严格监视和控制；

空调净化机组、新风机组各级过滤器的压差，风机供电频率及转速，电动阀门开启度，新风、送风、回风的温湿度，换热器进水、回水的温度等参数，既要现场控制，又要中心监视。手术部使用面积大，监控参数多，采用智能控制网集成以后，成为严密的整体上升为建设医疗设备，因此建筑医疗设备是构成现代手术部的基础，现代手术部属于典型的建筑医疗设备。

净化机组配电箱内安装有DDC（数字现场控制器），它直接同手术室控制屏通信，检测和控制净化空调机组，见【图-3】。

五、手术室配电箱

每间手术室配置一套配电箱，由于体积较小，安装在手术室外墙内，检修门必须设在污物走廊一侧，为维修提供方便，见【图-4】手术室配电箱实物图。隔离变压器通常安装在手术室配电箱内，也可采用专用箱体安装在就近位置。

手术室配电箱控制室内多种电器设备：

1、照明灯带1组；2、照明灯带2组；

3、手术应急灯；4、无影灯；

5、看片灯； 6、自动门；

7、保温柜； 8、手术床电源；

9、排风扇10、隔离变压器。

六、隔离供电系统

隔离供电系统是防止手术过程中发生微电击有效措施，它是手术室智能控制网重要组成部份。

1、隔离供电系统（IT系统）简介

不接地配电方式，国际电工委员会编号为IT系统，国内普遍称为隔离供电系统，或称为隔离变压器供电系统。

为了有效地防止微电击的发生，国际上现在普遍采用不接地电源（IT系统），给手术室、心导管室、复苏室ICU病房、CCU病房、新生儿病房、心电图室、脑电图室、理疗室、透析病房等特殊医疗场所供电，应当采用IT供电系统，或IT系统、TN-S系统同时使用。见【图-5】。

隔离电源两根输出L1、L2都是相线，都应安装断路器或熔断器。

A、 隔离供电原理

一般供电电网是以大地作为参考电位，相线中的电流可以通过任何未绝缘的通道，对地构成回路，这是电击的根本原因。隔离供电是采用隔离变压器供电，电源经隔离变压器后，原电网中的地已不再是参考电位了。隔离变压器任何一根输出线都不能与地构成回路，只能在两根输出线之间构成回路，这就提高了供电的安全性。

同隔离变压器配套使用的隔离电源漏电报警器，它测量电源线的对地电阻，两根电源线中任何一根对地存在着末绝缘通道，就出现了一个故障点，存在漏电的可能，立即予以报警，这是潜在危险报警。只有在一根线接地，一根触及人体，或者两根同时触及人体的情况下，即出现两个故障点时，才有遭电击的可能，这比普通电网供电要安全。

当供电线路出现了一个故障点，线路与地出现了低阻抗，就发生报警。报警发生后，医护人员可以根据手术情况决定是否继续进行手术，医护人员可以利用第二故障点尚未发生时采取必要的预防措施。

【图-6】隔离变压器供电原理图，L1、L2为两根电源线，对地绝缘。若L2接地(绝缘下降低阻通路)，即出现了第一故障点，就发生报警。这时对地并没有构成回路，对地无电流。若L1发生故障，对地绝缘下降，这就构成回路。产生对地电流，发生电击。L1的故障是尚未发生的潜在故障，所以报警是预防性的报警。

B. 在线绝缘监视仪原理

在隔离供电IT系统中，在线绝缘监视仪是核心关键设备，该设备采用先进的自调整脉冲测量技术,在隔离变压器输出的两线间施加微弱的连续脉冲信号,利用恒流源的高阻抗特性,对系统的隔离不会造成影响。通过施加一已知的脉冲电流信号后测量试验阻抗两端的电压降，如果试验阻抗中已有电流流过，则施加的脉冲信号必须译成某种形式的编码，这样就可以测定对应的电压降。用此方法测量得到一条线路对地的阻抗值是与隔离系统与地之间所有阻抗并联值相等的，因此在发生故障时，只要考虑一条线路与地之间的电压，就可以计算出流过的故障电流。

因为系统中对应的阻抗包括纯阻性和感抗及分布电容产生的容抗，阻抗在50HZ频率及其他频率范围的阻抗值是不断变化的，利用此技术可有效消除电网中的分布电容等其他外界因素的干扰,既不影响IT系统的完整性也不受外界因素的影响,能真实准确测量IT系统中实际的漏电流数据。

采用高速DSP运算处理器进行动态在线数据处理,实时显示测量数据在5mA时报警，并能提供远程外接报警显示功能。直接将在线绝缘监视仪和隔离变压器安装在一起，利用网络通信技术将主机的测量报警信息通过网络也可传递到若干终端显示观察，避免了有时需将在线绝缘监视仪与隔离变压器的安装有较长的连线的问题，解决了连线上分布电容对仪器测量的准确性和对IT系统的影响。

在线绝缘监视器还能监视IT系统的负载电流和隔离变压器的温度,防止线路过负荷等情况.

参照国际IEC标准，在线绝缘监视仪内阻不小于100千欧，测量电压不大于25V，测试电流不大于1mA，IT系统对地绝缘电阻小于50千欧时，有相应显示报警。如果在线绝缘监视仪与电源系统或大地的连接中断，应有相应的显示报警。

还会推出在线绝缘故障定位检测系统，能有效快速找出IT系统中的故障点，为方便排除故障提供有效的手段。

2、隔离供电系统（IT系统）主要组成

隔离供电系统由隔离变压器、监测器（绝缘、负荷、温度）、报警器、互感器、测试信号发生器、专用电源等部件组成。

（A）隔离变压

通常安装在手术室配电箱内，容量10KVA隔离变压器安装要求如下：

重量：95KG；

尺寸（长×宽×高）：280×255×365mm。外型：见【图-7】。

（B）绝缘、负荷、温度监测器

安装在手术室配电箱内，用以检测隔离供电系统对地绝缘阻抗、隔离变压器负荷电流、工作温度，是保证系统安全运行的关键设备。见【图-8】。

（C）报警器

安装在手术室内，用以显示隔离供电系统故障和工作状态，见【图-9】。

【作者简介】

潘兆岳南京布尔特医用工程设计中心