大型醫療影像設備配電探討

黃 金 梅

(中國建筑第八工程局有限公司, 上海 200120)

0 引 言

對于二級、三級醫院,JGJ 312—2013《醫療建筑電氣設計規范》[1]表4.2.1規定,除心血管造影檢查室等場所中涉及患者生命安全的設備及其照明用電為一級負荷中的特別重要負荷外,影像科、放射醫療室、核醫學室的診療設備及照明用電為一級負荷,影像科診斷用電設備為二級負荷。然而影像科CT、DR、DSA、MRI在醫學上均用于診斷而不是診療,上述醫療設備并無治療用途。規范中規定影像科的診療設備為一級負荷,影像科診斷用電設備為二級負荷,二者邏輯上有矛盾。

國家標準JGJ 16—2008《民用建筑電氣設計規范》附錄A僅對“二級以上醫院”用電負荷級別有規定,但未指出二級醫院用電負荷分級;附錄A對影像科、放射醫療室、核醫學室的醫療設備負荷分級規定不清晰。

GB 51348—2019《民用建筑電氣設計標準》[2]對醫院影像科設備的負荷分級,與JGJ 312—2013《醫療建筑電氣設計規范》要求一致,邏輯上存在同樣矛盾。

大型醫療設備冷卻系統對維持設備的正常運行至關重要,然而上述規范并未提及冷卻系統的負荷分級及供電要求。

在進行醫院建筑項目設計時,參考了國內多家知名設計院的醫院電氣設計圖紙后發現,各個設計院對影像科DSA、MRI的配電方式與放射醫療室、核醫學室的醫療設備配電方式一致,均按一級負荷放射式供電,雙電源末端切換;而對影像科CT、DR的配電方式則不一致,還存在同一設計院在兩個不同三甲醫院中對其采用的配電方式也不一致的現象,既有按二級負荷供電的,也有按一級負荷供電的。

針對規范中負荷分級給電氣設計帶來的困擾,本文對綜合醫院影像科大型醫療設備的負荷分級及其供電系統進行分析討論。

1 影像科醫療設備負荷分級

1.1 電力負荷分級

根據GB 50052—2009《供配電系統設計規范》[3]負荷分級要求,電力負荷應根據對供電可靠性的要求及中斷供電在對人身安全、經濟損失上所造成的影響程度進行分級,并應符合下列規定:

(1) 符合下列情況之一時,應視為一級負荷。

① 中斷供電將造成人身傷害時。

② 中斷供電將在經濟上造成重大損失時。

③ 中斷供電將影響重要用電單位的正常工作。

(2) 在一級負荷中,當中斷供電將造成人員傷亡或重大設備損壞或發生中毒、爆炸和火災等情況的負荷,以及特別重要場所的不允許中斷供電的負荷,應視為一級負荷中特別重要的負荷。

(3) 符合下列情況之一時,應視為二級負荷。

① 中斷供電將在經濟上造成較大損失時。

② 中斷供電將影響較重要用電單位的正常工作。

1.2 MRI負荷分級

本文列舉了幾家代表性二級、三級綜合醫院及專科醫院、民營醫院的大型醫療影像設備的負荷分級要求。各醫院MRI主機及其冷卻系統負荷分級與配電方式如表1所示。

磁共振制冷系統由水冷機組、氦制冷機、冷頭3部分組成。超導磁共振維持超導臨界超低溫,必須使用液氦作為制冷介質,主磁體密封在裝載液氦的容器內,主機停機時水冷機組也要保持持續運行,以確保致冷劑液氦不揮發。

液氦屬于稀缺資源,主要靠進口獲得,在設備投入正常使用后醫院應及時做好液氦的采購計劃。當磁體內液氦低于50%時,醫院需要及時采購并請專業公司添加液氦。當液氦低于30%時,需立即補充液氦,否則一旦失超會損傷磁體。磁體在安裝前未通電時冷頭不工作,液氦每天揮發接近4%;如果突然停電時冷頭停止工作,每天液氦揮發大約7%。冷頭工作狀態直接影響液氦揮發。冷頭和氦壓縮機不停運行,冷頭工作壽命一般在1.5～2 a。

MRI無論是整機的價格還是配件的價格都比較昂貴,維持MRI運行的冷頭和液氦均為耗材且運營成本較高。MRI本身對人體無傷害,但因其一次檢查時間較長且發出的噪聲較大,部分患者易產生恐懼心理;且主機突然斷電也可能導致其他故障。

綜上,根據GB 50052—2009《供配電系統設計規范》負荷分級要求,MRI冷卻系統為連續工作制應按一級負荷配電,有條件時應接入柴油發電機;MRI主機因其用于1類醫療場所,宜按一級負荷配電。

1.3 DSA負荷分級

DSA屬于醫用X射線診斷設備,因其用于2類醫療場所,中斷供電時對手術中的病人存在生命安全隱患。根據GB 50052—2009《供配電系統設計規范》負荷分級要求,DSA主機應按一級負荷配電。

X線球管是DSA的核心部件,屬于易損壞部件而且價格昂貴,應當盡量延長其使用壽命。X線球管在工作狀態時,內部溫度很高,瞬間可達3 000 ℃,冷卻系統的正常運行是球管安全使用的重要保證。不同廠家不同型號的DSA球管冷卻方式也有所不同。DSA冷卻系統包括給X線球管降溫的冷卻系統和維持設備環境溫度的空調制冷系統2部分。

DSA主機為斷續反復工作制,其冷卻系統是DSA正常運行的重要組成部分,宜按一級負荷供電。各醫院DSA主機及其冷卻系統負荷分級與配電方式如表2所示。

1.4 CT負荷分級

各醫院CT主機及其冷卻系統負荷分級與配電方式如表3所示。

從表3可看出,各醫院對CT主機及其冷卻系統負荷分級要求并不一致(表3中CT均不是復合手術室中的CT)。對此,從以下方面對CT的負荷分級進行分析探討。

表2 各醫院DSA主機及其冷卻系統負荷分級與配電方式

表3 各醫院CT主機及其冷卻系統負荷分級與配電方式

(1) 從人身安全角度考慮。CT屬于醫用X射線診斷設備。大眾對此類設備的主要擔憂是射線輻射對人體產生有害影響,而要談輻射影響就要結合輻射劑量。人體不同組織或器官對輻射敏感度是不同的,射線對人體作用時白血球、血小板、染色體3種生化指標可能會發生變化。

根據GB 18871—2002《電離輻射防護與輻射源安全基本標準》普通成人的安全輻射劑量一年不能超過100 mSv。從事輻射工作的人員,每年平均有效劑量不應超過20 mSv,單年不超過50 mSv。

(2) 從經濟性角度考慮,CT檔次不同,其成本也不同。一級醫院單雙排低檔CT份額占有量最多,二甲及三級以上醫院CT占有份額多為64排及以上進口品牌。醫療機構從滿足不同成像需求及經濟性方面來選擇相應的CT排數,然而越是低檔CT,造成的輻射反而更大。根據醫院影像科設備維修中出現的問題發現,電源系統對CT掃描系統的正常工作至關重要。突然斷電對于機器損害是很大的,不正常關機常常引起其他故障,使設備維修成本增加;突然斷電也可能導致圖像丟失、出錯,只能重新進行掃描,使患者增加一次輻射風險。

綜上,應綜合考慮CT帶來的人身傷害和CT本身的經濟價值,不能簡單按一級、二級、三級醫院來劃分其負荷分級。根據GB 50052—2009《供配電系統設計規范》負荷分級要求,CT主機宜按一級負荷配電。

X線球管是CT的重要組成部分,其冷卻系統工作原理與DSA球管冷卻系統一樣。CT用于1類醫療場所,其冷卻系統是維持CT正常運行的重要組成部分,故CT冷卻系統同樣宜按一級負荷配電。

(4) DR的負荷分級。各醫院DR主機及其冷卻系統負荷分級與配電方式如表4所示。

表4 各醫院DR主機及其冷卻系統負荷分級與配電方式

由表4可看出,各醫院對DR的負荷分級要求不一致。

DR與CT同屬于醫用X射線診斷設備,但DR一次掃描產生的X射線輻射劑量相比CT要低的多,設備價格也因國產化程度高而相對較低,且設備耐用更換周期長。因此,根據國家標準GB 50052—2009《供配電系統設計規范》負荷分級要求,DR宜按二級負荷配電,其冷卻系統同樣宜按二級負荷配電。

2 大型醫療設備的供電系統

設備廠家對大型醫療設備提出嚴格的電源內阻要求。為減少其他負荷對設備電源產生干擾,影響成像質量,大型醫療設備主機應采用專用回路供電,其冷卻系統不宜與主機共電源回路。

對于采用雙路10 kV市電供電,自備0.4 kV柴油發電機組的二級、三級醫院,供電系統方案示例(一)如圖1所示;對于一級、二級負荷較少或無兩路可靠市電地區,采用一路10 kV市電供電,自備0.4 kV柴油發電機組的醫院,供電系統方案示例(二)如圖2所示。

圖1 供電系統方案示例(一)

圖2 供電系統方案示例(二)

3 對未來醫院負荷分級的思考

2018年11月,國家衛生健康委員會印發的《全面提升縣級醫院綜合能力工作方案(2018—2020年)》,到2020年,500家縣醫院(包括部分貧困縣縣醫院)和縣中醫院分別達到“三級醫院”和“三級中醫院”服務能力要求。

隨著5G、大數據、人工智能、云計算、物聯網等關鍵技術的發展,智慧醫療在我國醫療行業快速發展。展望未來,在智慧醫療系統體系下,一級醫院或社區醫院也能達到三級醫院的服務能力。

要達到相應的服務能力必配備相應的醫療設備,而JGJ 312—2013《醫療建筑電氣設計規范》未提及一級醫院及專科醫院的大型醫療設備負荷分級要求。對一級醫院及專科醫院的醫療設備負荷分級也要有充分的考慮,同時考慮醫療器械行業發展,負荷分級也不應局限于醫院的一級、二級、三級之分。

4 結 語

醫院為特殊的公共建筑,其對保障人身安全和供電可靠性有更高的要求。本文介紹了大型醫療設備的負荷分級及供電系統,可為電氣設計人員提供參考。