Mestrado em Engª Biomédica FEUP 2006-2007 Engª Clínica e Segurança Hospitalar ECSH1 -...
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Mestrado em Engª Biomédica FEUP 2006-2007
Engª Clínica e Segurança HospitalarECSH1 - Segurança eléctrica e electrónica
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Introdução
Mais de 10000 pessoa/ano vítimas de acidentes com equipamento médico nos EUA
Os procedimentos clínicos expõem os pacientes a riscos maiores que no ambiente típico de uma casa ou local de trabalho. Riscos eléctricos
• Procedimentos invasivos• Eléctrodos sobre a pele (contêm um gel que diminui a resistência eléctrica
da pele) Outros riscos: químicos, biológicos (micro-organismos), riscos mecânicos, raios-
X, ultravioletas, etc.
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Efeitos fisiológicos da corrente eléctrica
Estimulação eléctrica de nervos e músculos Bloqueio da transmissão de impulsos nervosos Contracção involuntária dos músculos
Aquecimento resistivo dos tecidos incluindo queimaduras Tecidos superficiais e profundos, incluindo ossos. Recuperação lenta.
Deterioração dos tecidos por reacções electroquímicas Efeitos posteriores, e.g. edemas
Reacções fisiológicas
0,4 mA
9 mA
16 mA
30 mA
100 mA (> 3 s)
4 A
Limiar de percepção
Choque doloroso, espasmo, ferimentos indirectos
Ficar agarrado (contracção muscular)
Paragem respiratória
5 A 5 A
4 A
67 mA (> 3 s)
19 mA
10,5 mA
6 mA
0,3 mA
Fibrilação ventricular
Paragem cardíaca
Queimaduras
Hom
em 7
5 Kg
Mul
her 5
6 Kg
6
Reacções fisiológicas em função do nível de corrente
• Valores eficazes (quadráticos médios) para corrente alternada (60Hz)• Fonte: Environment, Safety, and Health Manual, Vol.2, Part4: Electrical, Apendix 23-B: Effects of Electrical
Energy on Humans, Doc. UCRL-MA-133867, University of California, Lawrence Livermore National Laboratory, sob contrato com o U.S. Department of Energy.
Possivelmente fatalNão requer desfibrilação4 A4 AParagem cardíaca
Frequentemente fatal19 mA30 mAParagem respiratóriaPossivelmente fatalRequer impulso de desfibrilação
67 mA (≥3 s)100 mA (≥3 s)Fibrilação ventricular
Possivelmente fatal10,5 mA16 mAFicar agarrado (músculos contraídos)
Fatal se for um órgão vital5 A5 AQueimaduras
Espasmo, ferimentos indirectos. Corrente máxima que ainda permite soltar (“let-go”)
6 mA9 mAChoque doloroso
Nenhuma0,3 mA0,4 mALimiar de percepçãoConsequênciaMulher (56
Kg)Homem (75 Kg)
Efeito
Norma aplicável• IEC/TS 60479-1 Effects of current on human beings and livestock (Efeitos da corrente
em seres humanos e animais)
– Parte 1: Aspectos gerais• Impedância eléctrica do corpo humano• Efeitos da corrente eléctrica de frequência compreendida entre 15 Hz e 100 Hz• Efeitos da corrente contínua
– Parte 2: Aspectos especiais• Efeitos da corrente alternada de frequência superior a 100 Hz• Efeitos de formas de onda especiais• Efeitos de impulsos únicos unidireccionais de corrente
– Parte 3: Efeitos em animais
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Parâmetros de susceptibilidadeEfeito da frequência da corrente
Fonte: Medical Instrumentation – Application and Design, J. Webster ed., Wiley & Sons,1998
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Parâmetros de susceptibilidadeEfeito do peso e da duração da corrente
Fonte: Medical Instrumentation – Application and Design, J. Webster ed., Wiley & Sons,1998
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Parâmetros de susceptibilidadeEfeito dos pontos de entrada da corrente
Fonte: Medical Instrumentation – Application and Design, J. Webster ed., Wiley & Sons,1998
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Valores típicos de resistências do corpo humano
• Resistência interna: cerca de 200Ω em cada membro e 100Ω no tronco• Resistência de interface:
Fontes: Medical Instrumentation – Application and Design, J. Webster ed., Wiley & Sons,1998Environment, Safety, and Health Manual, Vol.2, Part4: Electrical, Apendix 23-B: Effects of Electrical Energy on Humans, Doc. UCRL-MA-133867, University of California, Lawrence Livermore National Laboratory, sob contrato com o U.S. Department of Energy
5 k Ω a 20 k ΩSola de couro, húmida, incluindo pé20 M ΩSola (ou luva) de borracha
100 k Ω a 500 k ΩSola de couro, seca, incluindo pé100 a 300 ΩPé imerso200 a 500 ΩMão imersa500 a 1500 Ω1 kΩ a 3 kΩMão a segurar um cano (1,5”)1 kΩ a 3 kΩ5 kΩ a 10 kΩMão a segurar um alicate3 kΩ a 5 kΩ15 kΩ a 50 kΩMão a agarrar um fio
4 kΩ a 15 kΩ40 kΩ a 1 MΩToque com o dedoPele molhadaPele seca Condições de contacto
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Condutores de micro-choques ao coração
• Eléctrodos epicardiais ou endocardiais de ‘pacemakers’ externalizados temporários• Eléctrodos para dispositivos de electrogramas intracardíacos (EGM)• Cateteres colocados no coração para
– Medição da pressão sanguínea– Retirar amostras de sangue– Injectar substâncias corantes ou terapêuticas no coração
• A resistência dos cateteres cheios de líquido é muito maior que a dos condutores eléctricos dos ‘pacemakers’ ou dos EGM
• Em cães verificou-se que a sensibilidade ao micro-choque (fibrilação) aumenta com a diminuição da área do eléctrodo em contacto com o coração
Fonte: Medical Instrumentation – Application and Design, J. Webster ed., Wiley & Sons,1998
Electricidade
São sempre precisos dois fios?
Como é fornecida a energia?
Energia segura?
Curto-circuito entre Fase e envólucro
terra de protecção
Terra – protecção do operador
corrente de Fuga da fase para o envólucro
F
NF≠N
Protecção diferencial
F
NF≠N
XX
Protecção diferencial com interrupção do condutor de terra
Aparelhos com isolamento adicional e sem condutor de
terra
B
BF
CF
Classificação das partes aplicadas
500µA100µANormal Falha simples
Limites de corrente – partes aplicadas tipo B ou bf
A
A
10µA
Limites de corrente – partes aplicadas tipo cf
Normal Falha simples
A
A
50µA
Limites de corrente – Norma iec 60601-1
Norma de base mundial – IEC 60601-1IEC 60601-1 Equipamento eléctrico para medicinaParte 1: Requisitos gerais para a segurança de base e para o desempenho essencialUnião Europeia: EN 60601-1 Portugal: NP EN-60601-1
NORMAS aplicáveis a equipamento eléctrico para medicina
Normas colaterais – IEC 60601-1-XRequisitos gerais para a segurança de base e para o desempenho essencial aplicáveis a:
•Um subgrupo de equipamento médico•Uma característica específica de todo os equipamentos médicos não coberta pela norma de base
Exemplos:IEC 60601-1-1 Sistemas eléctricos médicosIEC 60601-1- 2 Compatibilidade electromagnéticaIEC 60601-1- 3 Equipamento de raio X
Normas Particulares – IEC 60601-2-XRequisitos particulares de segurança para tipos específicos de equipamento médicoExemplos:IEC 60601-2-2 Equipamento cirúrgico de alta frequênciaIEC 60601-2-3 Equipamento terapêutico de ondas curtas… ~50 tipos de equipamento
NORMAS aplicáveis a equipamento eléctrico para medicina
Normas de desempenho – IEC 60601-3-XRequisitos essenciais de desempenho para tipos específicos de equipamento médicoExemplos:IEC 60601-3-1 Equipamento de monitorização transcutânea de pressão parcial de oxigénio e dióxido de carbono
NORMA IEC 60601-1
Cobre, entre outros aspectos:
•Requisitos gerais de teste•Classificação de equipamentos e sistemas eléctricos médicos•Protecção contra perigos eléctricos
•Regra fundamental de protecção contra choque eléctrico•Classificação de partes aplicadas•Correntes de fuga e correntes auxiliares de paciente
•Esquemas eléctricos indicando onde medir as correntes e tabelas com os valores limites das correntes
•Protecção contra riscos mecânicos•Protecção contra radiações•Protecção contra temperaturas excessivas e outros riscos•Situações de risco e falha•Compatibilidade electromagnética
Sistema de terras em áreas de pacientes
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Sistema de distribuição de energia eléctrica com transformador de isolamento e monitor de isolamento ou separação
Fonte: Medical Instrumentation – Application and Design, J. Webster ed., Wiley & Sons,1998
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Sistema de distribuição de energia eléctrica com transformador de isolamento
• Macro-choque: mesmo que uma das linhas de alimentação faça um curto à caixa de um aparelho, e o paciente entre em contacto com esta, a corrente é limitada pela corrente de fugas entre os enrolamentos do transformador de isolamento.
• Micro-choque: mesma situação que para macro, mas agora os limites de corrente são muito mais baixos.
• O risco maior ocorre se houver duas falhas; uma liga um dos terminais de saída do transformador de isolamento à terra, por exemplo através de um curto à caixa de um aparelho; esta falha transforma um sistema isolado num sistema com o neutro à terra; o terminal ligado à terra passa a funcionar como neutro; havendo outra falha noutro aparelho em que a “fase” fica ligada ao envólucro do aparelho, qualquer pessoa ligada entre os dois aparelhos será exposta à tensão da alimentação
• Norma aplicável IEC 60989: Separating transformers, autotransformers, variable transformers and reactors.
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transformador de isolamento: curto-circuito de uma linha de alimentação à caixa de um aparelho
Para que ocorra risco para o paciente na situação de uma falha é necessário que haja duas ligações do paciente ao sistema, uma à terra, outra à caixa do aparelho em que se ocorreu a falha.