اتصال کوتاه

.

.

در طول بستری بودنِ نگارنده در بیمارستان برای انجام یک عمل پروستات، وضعیتی به این شرح پیش آمد: پس از پایان جراحی، مثانه به طور پیوسته شستشو می‌شد. از یک بطری، مانند بطری سِرُم، اما به بزرگی یک دبّه‌ی 5 لیتری، که بر روی یک پایه در بالای تخت آویزان بود، از طریق یک تنظیم‌کننده‌ی سرعت قطره‌چکانی و یک مسیر چند کاناله، شاره‌ی شستشودهنده از طریق سوندی که در مجرای ادرار فرو برده شده بود، به مثانه وارد می‌شد. از طریق یک کانال دیگر این شاره از مثانه به بیرون فرستاده می‌شد و توسط یک شیلنگ در یک بطری بزرگ که در زیر تخت قرار داشت، تخلیه و جمع‌آوری می‌شد. اگر این بطری به موقع توسط پرسنل پرستاری خالی نمی‌شد، سرریز می‌کرد و شاره‌ی شستشو همراه با خون و ادرار روی کف اتاق می‌ریخت و آن را آلوده می‌کرد. برای کمک به حل این مشکل، به سَرَم زد که پس از مرخص‌شدن از بیمارستان یک «اخطاردهنده‌ی الکترونیکی برای سطح شاره‌ها» بسازم. در گام نخست می بایست صورت مساله را به درستی طرح می‌کردم:

-         دستگاه باید به همان جای «دکمه‌ی فراخوانی»، یعنی به همان پریز موجود در کنار تخت، که مربوط به «تجهیز پیام‌رسانی بیمارستان» است، وصل شود.

-         پس از افزدون مدار اخطاردهنده به دکمه‌ی فراخوانی، بیمار باید همچنان بتواند این دکمه را به کار برد. به عبارت دیگر، عمل‌کرد آن دکمه نباید مختل گردد.

-         یک جفت الکترود، که داخل بطریِ تخلیه آویزان می‌شود، باید بر اثر بالا آمدن سطح شاره‌ی درون بطری اتصال‌کوتاه شود و به این وسیله یک علامت اخطار فرستاده شود.

-         نظر به این که اندکی (یا کمی بیش‌تر!) طول می‌کشد تا سر و کله‌ی یکی از پرسنل پرستاری برای تخلیه‌ی این بطری پیدا شود، درست مانند علامت کوتاهی که دکمه‌ی فراخواندن پرستار پس از فشار دادن‌اش می‌فرستد، علامت اخطاری سرریزشدن مجاز است که فقط به مدت کوتاهی عمل کند و در تمام مدت تا رسیدن پرستار فعال نباشد. البته چراغ سیگنال روی تابلوی اخطار، بدون توجه به طول مدت ارسال علامت اخطار، تا زمانی که توسط پرسنل مربوطه بازنشانی (ریسِت) نشود، روشن باقی خواهد ماند.

-         چون تجهیز پیام‌رسان بیمارستان با ولتاژ مستقیم 24 ولت کار می‌کند، این دستگاه باید مستقل از جهت اتصال کابل (از لحاظ قطب‌های مثبت و منفی)، قابل اتصال به پریز گفته شده در بالا باشد.

-         الزامات حفاظتی VDE برای تجهیزات پزشکی باید در طراحی این دستگاه لحاظ شده باشد.

.

مدار دستگاه

دستگاه با یک فیش مشابه با فیش اتصال دکمه‌ی فراخوانی مجهز می‌شود. یک کابل دو سیمه این فیش را از طریق یک «کلید فشاری بین‌راه» (معروف به کلید وسط سیم) به بخش الکترودها (تصویر زیر) مرتبط می‌سازد.

.

.

بیمار با کلید بین‌راه می‌تواند، مانند پیش و بدون هیچ تغییری، علامت فراخوانی بفرستد. مدار الکترونیکی، که شماتیک آن در زیر دیده می‌شود، در داخل محفظه‌ی بخش الکترودها جا داده می‌شود. شکل ظاهری این محفظه باید به نحوی انتخاب شود که با دهانه‌ی ظرف تخلیه هماهنگی داشته باشد.

.

.

شرح مدار

نظر به این که در پریز سامانه‌ی پیام‌رسانی روی دیوار اتاق بیمارستان قطبیت اتصالات نامعین است و معلوم نیست آیا اتصال سمت چپ دارای پتانسیل 24+ ولت است یا اتصال سمت راست، در سمت ورودی مدار یک پل دیود پیش‌بینی شده است. با این تمهید، در هر جهتی که دوشاخه یا کانکتور به پریز زده شود، قطب‌ها به درستی به مدار راه پیدا می کنند. میان دو پایانه‌ی خروجی این پل دیود، یعنی روی قطب‌های مثبت و منفی آن، پایانه‌های کلکتور و امیتر ترانزیستور 1 وصل شده است که در زمانی بسیار کوتاه به حالت هدایت می‌رود و مانند یک کلید قطع و وصل، مسیر جریان فراخوانی را اتصال کوتاه می‌کند تا بدین وسیله با به کار انداختن یک رله، چراغ سیگنال مربوطه روی پانل کنترل اتاق پرستاران را روشن کند. پایه‌ی بِیس این ترانزیستور «ولتاژ فرمان» لازم خود را از طریق ترانزیستور ماسفِت‌2 دریافت می‌کند و آن در زمانی است که ترانزیستور اخیر، خود، به حالت هدایت رفته باشد. ترانزیستور‌2 وقتی برای مدت کوتاهی به حالت هدایت می‌رود که الکترودها، به واسطه‌ی بالا آمدن سطح شاره‌ی موجود در بطری، پل شوند و خازنِ مدار شارژ شود. در طول زمان شارژ این خازن، پایانه‌ی گِیت از ترانزیستور‌2 دارای پتانسیل منفی خواهد بود. این امر سبب می‌شود که در زمان شارژ خازن گفته شده، ترانزیستور‌2 و در پی آن ترانزیستور‌1 به حالت هدایت بروند.

هنگامی که خازن، پس از گذشت نزدیک به 5 ثانیه، شارژ شد، ترانزیستورهای‌2 و متعاقباً 1 به حالت عایقی می‌روند. به این شکل، فقط یک علامت که طول آن از نظر زمانی به 5 ثانیه محدود است، به مرکز سامانه‌ی پیام‌رسانی فرستاده خواهد شد.

هنگامی که ارتباط بین الکترودها، بر اثر خالی‌کردن بطری، رفع شود، شارژ ذخیره شده در خازن مدار در زمانی به طول 10 تا 15 ثانیه در مقاومت بزرگ 27 مگااهمی تخلیه می‌شود. برای این مقاومت چنین مقدار بزرگی انتخاب شده تا مقدار اهمی آن بر کارکرد علامت‌رسانیِ مدار تاثیری نداشته باشد. پس از گذشت این زمان، مدار دوباره آماده‌ی خدمت‌رسانی می‌شود و می‌تواند پس از تخلیه‌ی ظرف تخلیه، دوباره در دهانه‌ی آن مستقر شود.

توصیه می‌شود که پیش از نصب مجدد، الکترودها و قسمت عایق آن را ابتدا با دستمال نخی یا کاغذی خشک کرد، زیرا به خاطر حساسیت بالای مدار ممکن است ترشح معجونی از خون و ادرار و مواد دیگر به این قسمت و یا شکل گیری قطره و شبنم روی عایق میان الکترودها، سبب ایجاد مسیرهای رسانای میکرونی و ریزی شود که به نوبه‌ی خود می‌توانند در کار دستگاه اختلال ایجاد کند.

این مدار یک طرح نسبتاً قدیمی است و ترانزیستورهای به‌کار رفته در آن نیز از محصولات قدیمی می‌باشند. این ترانزیستورها را می توان با انواع مشابه جدیدتر جایگزین کرد. به جای ترانزیستور1 می توان هر نوع ترانزیستور کوچک تیپ منفی (NPN) مانند BC548 را به کار گرفت، و برای ترانزیستور2 که یک «ماسفت کانال پی» با بدنه‌ی فلزی است، می توان از هر نوع ماسفت کوچک دیگری که امپدانس ورودی خیلی بزرگی داشته باشد، مانند BS250P استفاده کرد. در صورتی که نوع مشابه هم دارای بدنه‌ی فلزی باشد، پایانه‌ی مرتبط با بدنه باید مطابق نقشه به خط زمین مدار وصل شود. در صورت پلاستیکی بودن بدنه‌ی این ماسفت، از این اتصال چشم‌پوشی می‌شود. اگر چنین ماسفت‌هایی یافت نکردید، می‌توانید این مدار را با یک «جِی‌فت کانال پی»، مانند  2N3820نیز ساخت، اما مدار دیگر نمی‌تواند الزامات استانداردهای و سایل پزشکی را برآورده کند و استفاده از آن در مراکز درمانی قانوناً مجاز نخواهد بود.

.

الزامات استانداردهای لوازم پزشکی

به‌کارگیری یک ماسفت کوچک برای ترانزیستور‌2 ضروری است تا الزامات سخت‌گیرانه‌ی حفاظتی VDE را برای تجهیزات پزشکی برآورده سازد. کوپلاژ الکترودها به صورت «امپدانس بالا» به واسطه‌ی استفاده از مقاومت‌های بزرگ 1 و 2 و 3 به دست آمده است. حضور این امپدانس خیلی بزرگ در ورودی مدار به این دلیل است که مطابق الزامات استاندارد لوازم پزشکی، در صورت بروز اختلال در کار دستگاه، جریان نشتی که بین الکترودها برقرار می‌شود باید زیر 10 میکروآمپر قرار داشته باشد و از این مقدار تجاوز نکند. چنین الزاماتی برای همه‌ی دستگاه‌های پزشکی و بیمارستانی وجود دارند. سخت گیرانه‌ترین الزامات VDE در این حوزه مربوط به تجهیزات پزشکی مورد استفاده در اتاق‌های عمل قلب و مغز است. این الزامات را می‌توان ذیل قسمت 2-N در استاندارد VDE به شماره‌ی VDE 0750 در رویه‌ی 67 خواند.

.

.

منابع:

مجله Funkschau

در مورد استانداردهای ذیل بخش 7 آلمان DIN-VDE-Normen Teil 7

در مورد استاندارد تجهیزات پزشکی برقی EN 60601-2-17

.

.

.