Presentación Seguridad Eléctrica Equipos Biomédicos

Seguridad Eléctrica
Ingenierı́a Biomédica
Núcleo de Ingenierı́a Biomédica
Facultades de Medicina e Ingenierı́a
http://www.nib.fmed.edu.uy
2013
Seguridad
Causas de accidentes eléctricos
Contactos eléctricos directos
Contacto con partes activas de la instalación.
Contactos eléctricos indirectos
Contacto con partes que habitualmente no tienen tensión
como consecuencia de una tensión de defecto
Defecto de aislamiento entre dos masas, una masa y un
elemento conductor, entre masas y tierra.
Cuando se aplica una tensión a alguna parte del cuerpo.
Seguridad
Efectos de la corriente eléctrica sobre los
tejidos
La circulación de corriente eléctrica por el cuerpo humano puede
producir los siguientes efectos en los tejidos:
Estimulación eléctrica de tejidos excitables
Calentamiento (efecto Joule), quemaduras
Fenómenos electroquı́micos
Seguridad
Factores que influyen en el valor de la
corriente
Ih =
Uc
Zh (Uc )
Tensión de contacto
Resistencia de la piel y condiciones de humedad de la piel
Frecuencia de la corriente
Trayecto de la corriente por el cuerpo
Condiciones del contacto: presión y área
Condiciones fisiológicas de la persona
Tiempo de contacto
Seguridad
(1)
Tensión de contacto y la impedancia del
cuerpo humano
Impedancia total del
cuerpo humano en
función de la tensión
de contacto.
Trayecto mano a
mano o mano a pie.
Superficie de
contacto normales de
50cm2 a 100cm2
f = 50hz
Seguridad
Resistencia de la piel y condiciones de
humedad
Caracterı́sticas:
La mayor parte de la resistencia de la piel se encuentra en la
parte exterior de la epidermis
Para 1cm2 la resistencia puede ser entre 15kΩ y 1MΩ
Si la removemos o la humedecemos se llega a 1 % de su valor
La resistencia de la piel interna es de varios cientos de ohms
Seguridad
Frecuencia de la corriente
Rpent ; Cpent : Resistencia y capacidad de la piel (punto de
entrada)
R int : Resistencia interior del cuerpo humano
Rpsal ; Cpsal : Resistencia y capacidad de la piel (punto de salida)
Seguridad
Frecuencia de la corriente
Rp
Zp = p
1 + (Rp Cp ω)2
Al aumentar la frecuencia disminuye la Z, quedando R int
Seguridad
(2)
Frecuencia de la corriente
Resistencia mano a mano en Ω
Frecuencia(Hz)
10
50
100
200
300
400
500
1000
2000
5325
4375
3250
2675
2300
2000
1475
1200
Tensión de contacto (V )
25
50
100
220
3250
2725
2125
1675
1425
1225
825
675
2625
2200
1650
1350
1175
1000
825
675
Seguridad
1875
1725
1350
1050
900
825
675
650
1350
1325
1000
850
775
675
650
650
1000
1050
950
825
750
725
675
650
650
Trayecto de la corriente por el cuerpo
Valores porcentuales relativos de la impedancia del cuerpo humano
para diferentes trayectorias
Seguridad
Efectos fisiológicos de la corriente
Lı́mite de percepción
La mı́nima corriente que un individuo puede detectar
Rango entre 0,5mA a 10mA
Muy variable entre hombres y mujeres
Let-go current
Máximo valor de corriente al cual el individuo puede retirarse
del stı́mulo voluntariamente.
Rango entre 10mA a 70mA
Contracciones involuntarias de los músculos
Seguridad
Efectos fisiológicos de la corriente
Parálisis respiratoria
Para corrientes entre 18 y 22 mA aparecen contracciones
involuntarias de los músculos respiratorios, provocando situaciones
de asfixia.
Fibrilación ventricular
Para corrientes mayores a 75mA, pueden dar origen a pérdidas de
sincronismo de las diferentes fibras que constituyen el músculo
cardı́aco. Una vez que se desincroniza, el proceso no se detiene
hasta que no se le aplique un reset.
Seguridad
Efectos fisiológicos de la corriente
Seguridad
Efectos fisiológicos de la corriente
Seguridad
Efectos fisiológicos de la corriente
Frecuencia vs. Corriente de Let-Go
Seguridad
Macroshock y Microshock
Seguridad
Macroshock y Microshock
La corriente aplicada externamente se distribuye en el volumen del
paciente
La porción que pasa por el corazón depende del camino:
mano mano (o pierna): ≈ 1/1000
mano catéter: hasta 100 %
catéter catéter: hasta 100 %
Seguridad
Macroshock
Lı́mite admitido: 10mA
Seguridad
Microshock
Corrientes de fuga: corrientes generadas por capacitancia
entre dos conductores a diferente potencial
Pequeñas diferencias de potencial entre superficies
conductoras
Caminos conductivos hacia el corazón
Electrodos de ECG intracardiacos
Catéteres “salinos”: presión, muestras
Bisturı́s
Diferencias de potencial entre tierras
Seguridad
Corriente de fuga
La medición de las corrientes de fuga se realiza en cuatro
categorı́as:
Entre la cubierta del equipo y el cable de tierra
Entre la cubierta del equipo y la lı́nea de 230 voltios
Entre la cubierta del equipo y los cables que van al paciente
Entre todos los cables que van al paciente
Seguridad
Microshock
Seguridad
Microshock
Lı́mite admitido: 10µA
Seguridad
Microshock
Seguridad
Protecciones contra descargas
Aislación del paciente de todos los objetos aterrados y de
todas las fuentes de corriente eléctrica
Todas las superficies conductoras al alcance del paciente
deben estar al mismo potencial
Seguridad
Reglamento de baja tensión UTE
Según el Cap. X del RBT:La diferencia de potencial entre las
partes metálicas accesibles y la barra de equipotencialidad no
deberá exceder de 10mV eficaces en condiciones normales.
Unir mediante embarrado común todos los elementos conductores.
Seguridad
Reglamento baja tensión UTE
Seguridad
Reglamento baja tensión UTE
Seguridad
Diseño de equipos
Amplificadores de aislación
No existe continuidad ohmica entre la entrada y la salida
Proveen señal, fuente y tierra aislada
Ópticos, transformadores y capacitores
Caracterı́sticas
Alta aislamiento ohmica entre entrada y salida
Alto IMRR (isolation mode rejection ratio)
Alto CMRR
Ganancia por lo gral = 1
Seguridad
Amplificadores de aislación
Seguridad
Amplificadores de aislación
VCM
VISO
±
vo = vSIG ±
G
CMRR
IMRR
Seguridad
(3)
Amplificadores de aislación
Seguridad
Fibrilación Ventricular
Trastorno del ritmo cardiaco que presenta un ritmo ventricular
rápido (> 250 latidos por minuto), irregular, de morfologı́a caótica
y que lleva a la pérdida total de la contracción cardı́aca, con una
falta total del bombeo sanguı́neo y por tanto a la muerte del
paciente.
Seguridad
Desfibrilación
Si aplicamos un impulso despolarizante que sea varias veces
superior al umbral normal lograremos actuar sobre:
Células en perı́odo excitable.
Células en perı́odo refractario relativo.
Hay una hipótesis de masa crı́tica que se asume, basta con que un
alto porcentaje de las células sean reseteadas para terminar la FV
(> 75 % aprox.).
Seguridad
Desfibrilación
Seguridad
Cardiodesfibriladores
Minimizar la energı́a dada al paciente (evitar daños)
Trabajar en la parte baja de la curva de energı́a.
Duración tı́pica de 3ms a 10ms.
Corrientes del orden de 20A.
Energı́as de entre 50J a 360J.
La energı́a es seleccionable por el usuario y depende del
paciente, edad, arritmia, FV, etc.
Se utilizan condensadores para almacenar energı́a.
1
WC = CVC2
2
Seguridad
(4)
Cardiodesfibriladores
Diagrama de bloques
Seguridad
Tipos de descargas
Seno sub-amortiguado
Se descarga sobre el paciente a través de un circuito RLC.
C ≈ 10mF − 50mF , se cargan en aprox 10s.
Vc ≈ 4kV − 9kV
Hasta el 40 % de la energı́a en C puede ser disipada en L y
Ri nt
La forma de onda resultante es un seno subamortiguado
(depende de Rp aciente).
Seguridad
Tipos de descargas
Onda cuadrada (exponencial truncada)
Se descarga sobre el paciente a través de un circuito
switcheado por tiristores.
Durante la carga, SCR1 y SCR2 ambos están abiertos.
Para desfibrilar, se cierra SCR2 y se deja SCR1 abierto.
Luego de un cierto intervalo de tiempo, SCR1 se cierra
cortocircuitando C y descargando el condensador.
Seguridad
Cardioversión
En fibrilación ventricular se puede desfibrilar en cualquier
momento.
En otro tipo de arritmias (FA, taquicardia ventricular, etc) hay
que sincronizar con el QRS (20ms después del pico R). Si
aplicamos pulso sobre T se produce FV.
Esto se llama cardioversión y todos los desfibriladores
modernos lo implementan.
Seguridad
Electrodos para desfibriladores
Externos: gran tamaño (8 a 13cm) para evitar quemaduras y
distribución uniforme.
Paletas de mano externas: se deben usar con gel conductor,
son reusables
Adhesivos descartables.
Internos: pequeños para colocar sobre el corazón (4 a 8cm)
Paletas internas
Seguridad
Localización de los electrodos
Seguridad