Masuri de protectie a pacientului in aparatura electromedicala

Masuri de protectie a pacientului in aparatura electromedicala

Introducere

Problema securitatii pacientului aflat in contact cu aparatura electromedicala este considerata la ora actuala o problema vitala. Nerespectarea normelorde electrosecuritate poate produce pierderea de vieti omenesti.

Este destul de greu destul sa se tina o evidenta a electrocutarilor din spitale datorita faptului ca de multe ori aceste evenimente pot fi "ascunse" ded simptome care indica un atac de cord, forma de manifestare a electrocutarii fiind fibrilatia ventriculara.

Problema electrosecurizarii nu vizeaza numai uun aparat in sine ci ansamblul de aparate cu care pacientul poate veni in contact si care interactioneaza putind deveni surse de pericol .

Efectele curentilor electrici in corpul uman depind dee caracteristicile lor (intensitate, durata, frecventa, forma si mod de amplificare ) si de starea pacientului.

Efectele cele mai puternice asupra corpului uman le producec curentul cu frecventa ded aproximativ 50 Hz . In figura 1.1 este reprezentata influenta curentului in functie de intensitatea lui.

 

Se considera pragul de siguranta absoluta valoarea de 300 μA. Daca pacientul poarta un electrod endocardic conectat la circuite electrice exterioare atunci curentul maxim care paote strabate corpul pacientului prin acest electrod si un altul de masa este de maximum 10 μA.

1.2 Efecte fiziologice ale curentului electric

Curentul electric are trei mari efecte asupra organismului uman si anume : electroliza, stimularea nervilor si incalzirea. Ultimul din efecte, stimularea nervoasa este cel mai periculos intrucat sistemul nervos controleaza cele dous sisteme esentiale pentrru viata: sistemul circulator si sistemul respirator.

Electroliza va avea loc atunci cand un curent continuu vva trece printr-un mediu conductor continand ioni liberi. Conform standardelor internationale pentru aparatura electromedicala curentul de frecvenya mai mica de 0,1 Hz este considerat curent continuu. Peste aceasta frecventa ionilor care trtrec intr-o directie este compensat ded ionii care trec in cealalta directie pe durata alternantei negative.

Un curent continuu de 100 μA care se inchide intre 2 electrrozi dispusi pe piele timp de cateva minute va forma mici ulceratii sub electrozi. Standardele limiteaza valoarea curentului continuu la 10 μA.

Stimularea nervilor este produsa de curenti alternativi cu intensitati mai mari ded 1 mA. Daca sunt stimulati nervi senzitivi atunci va apare o senzatie dureroasa iar daca vor fi stimulati nervi motori atunci se va producee o contractie musculara. Stimularea nervilor se producec pana la frecventa de 1 kHz. Peste aceasta frecventa efectul de stimulare a nervilor scade.

La valori dee curent mai mari de 15 mA apare fenomenul de contractie persistenta a musculaturii iar peste 100 mA apare fibrilatia ventriculara. Curenti de 500 mA vor produce blocarea respiratiei si arsuri. Daca valoarea curentului aplicat este mai mare de 500 mA atunciinima va reprni dupa disparitia curentului; acest fenomen constituie principiul defibrilatorului.

Muschiul cardiac poate fi stimulat si direct prin intermediul electrtzilor endocardici (cateter). Standardul limiteaza curentul prin inima in conditii normale de operare a aparatlui la 10 μA iar in conditii dee prim deefect la 50 μA.

Efectul de incalzire poate fi obtinut atat local cat si si intr-o masa mare de corp.

Curenti dee frecvente cuprinse intre 400 kHz si 30 MHz sunt folositi in diatermia chirurgicala fie pentru coagulare fie pentru taiere. Efectele locale ale curentului depind de tesut, de timpul de aplicare a incalzirii, de aria dee contact si de dedbitul de sange. Densitati de curent sub 1 mA/mm˛ nu produc modificari in tesut.

Incalzirea intr-o masa mare de tesut este influentata dee timpul de expunere de adancimea tesutului si de debitul de sange. Standardul impune ca puterea maxima de expunere la radiatii de radiofrecventa sa fie de maximum 0.1 mW/mm˛, valoare care reprezinta limita peste care se produc distrugeri in tesut.

1.3 Factori de risc in utilizarea aparaturii electromedicale

Vor fi descrise in continuare 4 situatii intalnite in practica medicala ni care pot apare curenti periculosi pentru pacienti.

Cazul 1. Curentul capacitiv datorat cuplajelor parazite in aparatul electromedical gaseste o cale de inchidere prin oacient la masa de protectie a incaperii in cazul in care conductorul de impamantare este defect. Standardul limiteaza valoarea curentului de scurgere prin pacient la valoarea de 100 μA si chiar la 10 μA in cazul aplicarii unui caracter endocardiac conductor.

Un exemplu concret este ilustrat de figura 1.2.

Pacientul se gaseste in salonul de terapie intensiva pe un pat actionat cu un motor electric. Rama metalica a patului este conectata la impamantare. In cazul in care conductorul de impamantare a monitorului este intrerupt si pacientul atinge partea metalica a patului, intre electrodul aflat in contact cu carcasa monitorului si pat se inchide un curent de scurgere prin pacient. Schema electrica echivalenta a circuitului electric format accidental este redata in figura 1.3.

Se poate calcula valoarea curentului de scurgere prin pacient dupa relatia . Pentru valori tipice ale impedantelor : si iar tensiunea = 220 V rezulta un curent de scurgere prin pacient de aproximativ 219 ľA.

Acecasta valoare este apropiata de cea care produce fibrilatia ventriculara.

Fig. 1.2

Cazul 2. Pacientul este monitorizat cu ajutorul unui catater plin cu solutie salina in vederea supravegherii presiunii sanguine. In acelasi timp el poate veni in contact cu un aparat alimentat de la reteaua electrica. Situatia este descrisa in figura 1.4. Prin atingerea de catrte pacient a sasiului televizorului prin aceasta se va inchide un curent capacitiv catrte nulul de impamantare al rpizei monitorului de presiune.

Fig. 1.3

Fig. 1.4

Fig. 1.5

Schema electrica este echivalenta a situatiei descrise este reprezentata in figura 1.5.

Impedanta de scurgeri a televizorului este de ordinul a 100 kΩ si este mult mai mica decat a monitorului. Intrucat pacientul vine in contact direct cu cateterul, impedanta lui va fi mai mica decat in cazul precedent (5kΩ).

Impedanta cateterului va fi aproximativ 1kΩ. In aceste conditii curentul total de scurgeri va fi dat de relatia : . Curentul acesta va producee cu siguranta fibrilatia inimii. Pentru prevenirea acestui accident este necesara impamantarea tuturor aparatelor electrice din spital care pot intra in contact nemijlocit cu pacientul.

Cazul 3.In cazul in care intrr-o sala de operatie exista mai multe puncte de impamantare pot apare curenti periculosi de scurgere intre ele care sa afecteze pacientul. O situatie posibila este descrisa in figura 1.6.

Fig 1.6

Daca intr-o sala invecinata se lucreaza cu un aspirator sau cu un alt aparat electric avand curenti de scurgere mult mai mari decat ai aparaturii medicale atunci pot apare potentiale periculoase in reteaua de impamantare care genereaza curenti prin pacient peste limita maxima admisa (fig 1.6).

Schema echivalenta a circuitului parazit format ca urmare a prezentei curentilor de scurgere este redat in figura 1.7.

Fig .1.7

Aspiratorul are o impedanta de scurgeri de ordinul a 120 Ω, iar impedanta conductorului de pamantare este de aproximativ 0,1 Ω. Impedanta caii de curent prin pacient o consideram de aproximativ 5 kΩ. Expresia curentului prin pacient este data de relatia : si are valoarea de aproximativ 36 μA.

Pentru a preintampina aceeasta situatie periculoasa este nevoie sa se lege toate prizele de impamantare intr-un singur nod. Limitarea curentilor de scurgere in aparatura electrrica auxiliara sa se faca prin inspectii periodice.

Cazul 4. In electrochirurgie curentii generati de potentiale de aproximativ 8 kV si frecventa de ordinul MHz se pot inchide prin alte cai in cazul in care electrodul de masa are unn contact imperfect (fig 1.8). Electrozii ECG au o impedanta joasa fata ded cea a traseului de masa la frecventele bisturiului. Datorita suprafetei mici de contact cu pielea, densitatea de curent, prin acesti electrozi va creste invers proportional cu sectiunea. Bisturilu va taia greu si se vor produce arsuri in zona electrodului de masa. Curentul bisturiului nu produce fibrilatie datorita frecventei ridicate la care lucreaza aparatul de electrochirurgie.

Fig. 1.8

Se poate calcula aproximativ puterea electrica disipata la conatactul electrodului de masa cu pacientul presupunand cunoscute valoarea impedantei de contact (aprox. 10 kΩ) si tensiunea care cade pe acecst contact (aprox. 2 kV). Astfel puterea pe contactul electrod pacient va fi W. Aceasta putere poate sa produca arsura pe pielea pacientului.

Modalitati de protectie a pacientului la electrosocuri

Pentru a limita curentii prin conductorii de impamantare se pot utiliza sisteme izolate cu rolul de a mari impedanta de iesire a oricarei iesiri fata de masa.

Principiul de functionare al unui sistem de izolare este circulatia pe cale inchisa a curentului (fig. 1.9).

Transformatorul de izolare

Un exemplu de circuit de izolare este transformatorul de izolare.

Fig. 1.9

In cazul in care se utilizeaza un astfel dee transformator pacientul in contact cu unul dintre conductoarele de iesire ale transformatorului nu sufera alectrosocuri. Explicatia este ca nu exista nici o cale de inchidere a curentului de scurgere prin pacient datorita trtansformatorului. Un exemplu de aplicare a principiului cicuitului izolat este redat in figura 1.10.

Fig. 1.10

Marirea izolatiei fata de circuitul de alimentare si fata de masa se face cu ajutorul transformatorului de separare (Ex : ECG aproximativ egal cu 10 MΩ).

Toate aparatele care au electrozi in contact cu pacientul au transformatoare ded izolatie pentru marirea izolatiei (ex. Microfonul in cazul fonocardioscopului).

Protectia cu intrerupator automat

O alta modaliatate de a asigura protectia pacientului la electrosocuri in cazul scurgerilor accidentale este prin folosirea unui intrerupator automat.(fig. 1.11).

Fig. 1.11

In cazul aparitiei unui curent de scurgere accidental intrerupatorul decupleaza automat circuitul de alimentare al aparatului electromedical.

Torul are doua infasurari in acelasi sens, astfel circula doi curenti egali prin infasurari care vor genera un flux magnetic rezultant nul. In cazul in care se produce o scurgere prin pamantare, cele doua fluxuri generate de cei doi curenti nu se vor compensa si astfel rezulta un camp rezultant diferit de zero, creind un curent de valoare mica prin cea de-a treia infasurare, care amplificat comanda releul la deschidere.

Pentru a preintampina evenimente nedorite in sectiile de terapie intensiva realizeaza impamanterii se face ca in figura 1.12.

Fig 1.12

Monitorul central este conectat la egala distanta de saloane si este punctul central de impamantare. La prizele de perete se pot conecta si traductoare cu electrozi ECG-EEG. Toate partile metalice ale : paturilor, monitoarelor, prizelor, conductelor de oxigen, se leaga la impamantarea de la prizele apropiate din perete.

In cazul unei sali de operatie sistemul de legare la pamant se prezinta ca in figura 1.13.

Fig. 1.13

Legarea se face de la reteaua principala ded pamantare. Ecranul din pardoseala este o plasa introdusa prin constructie si reduce perturbarea sistemelor de masurare a marimilor electrtice.

Rolul cel mai important al acestei plase este acela dee a disipa incarcaturile electrostatice din diferite puncte ale incaperii.

Standardizari in protectia pacientului

Curentii prin pacient se pot clasifica in :

auxiliari (intre electrozi)

de scurgere (de la electrozi prin pacient si la pamant)

Curentii sunt cauzati de scurgeri capacitive, inductive si rezistive.

Curentii de scurgere se pot masura intre:

carcasa aparatului si faza tensiunii dee alimentare

carcasa aparatului nulul de protectie

carcasa si pacient

electrozii de pacient

In functie de relatia cu pacientul aparatura electromedicalase clasifica in aparate:

1. fara legatura electrica sau neelectrica cu pacientul (aparatura de laborator)
2. cu contact direct cu pacientul (fara cele cu contact pe inima pacientului)
3. cu contact direct pe cord

Conform CEI (Comitet Electronic International) aparatura electrtomedicala se echipeaza nunmai cu alimentare flotante. Partea flotanta este izolata galvanic fata de restul aparatului, iar curentul de scurgere este limitat la valori admise daca se aplica o tensiune de 1,1 din tensiunea de alimentare nominala fata de masa.

Fig. 1.14

Fig. 1.15

Atunci cand un singur mijloc de protectie impotriva electrosocurilor este defect spunem ca sunt indeplinite conditiile de prim defect.

Dupa modul de protectie al pacientului impotriva electrosocurilor distingem urmatoarele clase dee protectie :

Clasa a I-a de protectie are prevazut un conductor ded impamantare care leaga partea metalica a carcasei de impamantarea prizei (fig. 1.14).

Clasa a II-a de protectie este prevazuta cu izolatie suplimentara a partilor aparatului aflate la tensiuni periculoase (fig. 1.15)

Clasa a III-a de protectie are alimentarea aparatului la o tensiune nepericuloasa (fig. 1.16).

Fig. 1.16

Aparatele din aceasta clasa de protectie se pot alimenta si flotant de la baterii (cele portabile ).

Tensiunea maxima de alimentare la aparatele amplasate in organism este de 6 V.

Intr-un aparat electromedical pot exista subansamble avand diferite clase de protectie.

Considerente la proiectarea si verificarea aparaturii    electromedicale

Pericolele care pot ameninta personalul medica si pacientii in contact cu aparatura electromedicala sunt :

1. Electrocutari accidentale datorita manevrarii gresite sau defectarea aparaturii.
2. Proiectantul trebuie sa tina cont de cateva criterii la proiectarea unui aparat electromedical :
1. Functia de indeplinit
2. Domeniu de lucru
3. Mediul de lucru in care va lucra (temperatura, agresivitate, presiune)
4. Asigurarea unei functionari nepericuloase de-a lungul vietii aparatului
5. Modul de prezentare : inteligibilitatea comenzilor, ergonomicitatea, deesign

Problema protectiei pacientului pentru proiectant depinde de tipul de aparat. Astfel din acest punct de vedere aparatele sunt clasificate in :

fara contact

echipament de masurare de potential

echipamente de stimulare si generare de enrgie

Normele de electrosecuritate in aparatura medicala sunt prevazute in standardul international IEC 601.

Standardul Britanic BS 5724 contine protocolul de testare al aparaturii electromedicale in vederea admiterii lor in practica curenta in spitale si policlinici.

Iata cateva dintre verificarile stipulate de acest standard :

1. Ideentificarea clasei aparatului si testarea eficientei impamantenirii
2. Marcarea aparatului (claritatea) la exterior si interior, simboluri
3. Documentatie insotitoare

De exemplu documentatia trebuie sa insoteasca aparatul si sa furnizeze o descriere tehnica corespunzatoare, sa dea adresa producatorului, sa contina informatii cu privire la exploatarea aparatului si semnalizarile pe care le face. Se verifica de asemenea existenta accesoriilor, modul in care se poate face sterilizarea si daca au fost efectuate verificarile periodice.