8 - Electromedlclna -Equipos de Diagnóstico y Cuidados Intensivos Capítulo 7 Fundamentos de la Electromedicina Tester para Desfibnladores Capítulo 6 Marcapasos ......................................................197 Generador de Pulros Unidad dc Sensudo 99 99 Cafifer de Esrimulnc~o 00 Marcapasos Multiprogramable Ensayo de Marcapasos ......................................................................................... 204 Medición de los Pulros de Estimulnci6n Me-dición de la Sen~ibilidad Cardiodesfihnladores Impla 04 O5 La Seguridad en Electromedicina La tecnología electromédica ha aumentado considerablemente la seguridad de los equipos y ha reducido los riesgos debido al manejo y la utilización. En las aplicaciones médicas los niveles de seguridad que deben cumplir los sistemas de instrumentación se encuentran normalizados. De todas formas no se puede asegurar un riesgo nulo en el uso del equipamiento, pero sí es posible reducirlo mediante una adecuada utilización por usuarios instruidos. La mayoría de los daños producidos a pacientes se pueden atribuir a un uso inadecuado del equipamiento electromédico o a la falta de experiencia en su manejo, o bien, a fallas en las instalaciones. Por lo tanto, es de suma importancia desarrollar sistemas de seguridad lo más fiables posibles. Algunos pacientes, bajo ciertas condiciones pueden ser más susceptibles al peligro de la corriente eléctrica que una persona en su casa o su trabajo, por lo cual se deben tomar precauciones especiales. Para describir los riesgos se estudiarán los efectos fisiológicos de la corriente eléctrica. OS Efectos Fisiológicos de la Corriente Eléctrica Para que la electricidad produzca efectos sobre el organismo, el cuerpo se debe convertir en paae del circuito eléctrico. Para que circule comente a través del cuerpo humano deben existir al menos dos conexiones entre el cuerpo y una fuente de alimentaciónextema. La magnihid de la comente dependerá de la diferencia de potencial entre las conexiones y la resistencia eléctrica del cuerpo. La mayor parte de los tejidos del cuerpo humano poseen un elevado porcentaje de agua, por lo Capitulo 1 - Fundamentos de la Electromedicina - 11 10 - Electromedicina - Equipos de Diagnóstico y Cuidados Intensivos e cual la resistencia eléctrica que presentan es baja y se pueden considerar como buenos conductores. Por otra parte, la impedancia de la piel (epidermis) es bastante elevada, del orden de los 200 a 500 kR. El efecto que la comente eléctrica produce sobre un individuo depende de diversos parámetros: la magnitud de la corriente que circula por el tejido, el tiempo de exposición, la zona por la que circula (superficie o tejido intcmo) y la frecuencia que posee. La gravedad del daño dependerá a su vez del órgano afectado. La corriente eléctrica puede incidir sobre los tejidos básicamente en tres formas: en primer lugar se produce una excitación eléctrica en los tejidos excitables (nemios y músculos), comenzando con una sensación de hormigueo o escozor, que si alcanza intensidad suficientemente elevada puede ser dolorosa y molesta. La estimulación de estos nervios o músculos motores puede provocar contracciones, y si ésta aumenta se puede producir la tetanización del músculo (contracción intensa y sostenida). En segundo lugar, puede aparecer un,incremento de temperatura en el tejido debido a la resistencia que presenta y la energía disipada en el mismo. Por último, un aumento elevado de la temperatura puede producir quemaduras, frecuentemente en los puntos de contacto, por ser los lugares donde existe mayor densidad de comente. Esta característica es aprovechada en la electromedicina por los electrobistturíes,los cualesutilizan generadores de radiofrecuencia con frecuencias de 2,5 a 4 MHz para cortar tejidos o coagular pequeños vasos sanguíneos. El órgano más susceptible a la corriente eléctrica es el corazón. Un estímulo que tetanice el corazón provoca la contracción completa del miocardio, que detiene la acción de bombeo, interrumpiéndose entonces la circulación sanguínea. Si la circulación no se restablece en pocos minutos, en primer lugar se lesiona el cerebro y luego se produce la muerte por falta de oxigenación en los tejidos cerebrales. Si la comente tetanizante es de corta duración, el latido del corazón se reanuda en forma espontánea. Puede ocumr que una comente más baja, que excite sólo una parte de las fibras musculares del corazón, sea más peligrosa que otra que sea capaz de tetanizar el corazón entero. Una excitación parcial puede cambiar las vías eléctricas de propagación en el miocardio desincronizando la actividad del corazón. Este fenómeno, con el cual el corazón pierde el sincronismo, se lo denomina fibrilación y es la causa que produce la mayona de las muertes por accidentes elkctricos. Se puede producir también parálisis respiratoria si los músculos del t6rax se tetanizan por efecto de una corriente que circule a través del pecho, o a través del centro de control respiratorio del cerebro. Analizaremos a continuación los diferentes efectos fisiológicos que se producen sobre los individuos según el valor de la corriente eléctrica circulante: 1 3 1 ; ! Umbral o nivel de percepción. Es la intensidad mínima que el ser humano es capaz de detectar. Este valor varia en función del sujeto y las condiciones de medida, siendo entre 10 FA y 0,5 mA para comentes alternas en 50 Hz, y entre 2 y 10 mA para comentes continuas. Corriente de pérdida del control motor. Estas corrientes oscilan entre 6 y 16 mA (para una CA de 50 Hz). Los músculos se pueden excitar y provocar contracciones, en algunos casos llegando a ser dolorosas y ocasionando la pérdida del control motor. Parálisis respiratoria, dolor y fatiga. Para corrientes entre 18 y 22 mA aparecen contracciones involuntarias de los músculos respiratorios, provocando situaciones de asfixia si la comente no es interrumpida. Estas contracciones fuertes e involuntarias pueden además, provocar dolores y causar fatiga si el individuo permanece expuesto durante un tiempo prolongado a la circulación de la comenlc eléctrica. Fibrilación ventricular. Comentes mayores a las citadas anteriormente pueden provocar la pérdida de sincronismo de las fibras del músculo cardíaco. Una vez desincronizada la actividad venhicular, el proceso no se detiene aunque desaparezca la causa que le dio origen, haciendo que el corazón deje de funcionar como bomba. Para restablecer la actividad normal, se requiere aplicar un pulso que despolarice simultáneamente todas las células del músculo cardíaco. El equipo electromédico diseñado para tal fin es el desfibrilador (ver el Capitulo 5). Los niveles de corriente que producen una fibrilación oscilan entre 75 y 400 mA. Contracción del miocardio sostenida. Si la corriente que circula es muy elevada el músculo entero del corazón se contrae. En este momento el corazón deja de latir, pero cuando la corriente cesa, éste vuelve a su ritmo normal. El nivel de comente para lograr esta condición oscila enhe I y 6 A. Daños físicos y quemaduras. Se obtiene con corrientes superiores a 10 A (sobre todo en corrientes de cortaduración). La resistencia del cuerpo humano causa quemaduras, principalmente en los puntos de entrada debido a la densidad de corriente en el punto de contacto. De este modo, la alta tensión provoca la desmicción de los tejidos entre puntos de elevada resistencia de contacto. Parámetros que Modifican los Efectos Fisiológicos Los efectos fisiológicos debido a la electrocución, como se dijo anteriormente, dependen del valor absoluto de la intensidad, duración, trayectoria de la corriente a havés del cuerpo y frecuencia (en el caso de tratarse de una comente alterna). 12 - Electromedícina - E~uioosde Diaqnóstico y Cuidados Intensivos El trayecto más peligroso es el que atraviesa el tórax (generalmente fatal) ya que puede provocar la pérdida del ritmo cardíaco haciendo que entre en la condición denominada librilación ventricular. Los experimentos realizados con animales para determinar la intensidad de comente y el tiempo de duración del pulso para alcanzar ese estado, abarcan desde los 400 mA, durante 5 ms, hasta 75 mA, durante 5 s. l1 { l i ! Una corriente que apenas haga cosquillas en las manos de un individuo en condiciones normales, puede ser suficiente para provocar la muerte a un paciente debilitado, cuando los electrodos se aplican bajo su piel (a causa de los bajos valores de resistencia). La frecuencia de las señales bioeléctricas del organismo son del orden de la frecuencia de la red eléctrica. Debido a esto, los niveles de comente que pueden producir la fibrilación son bajos. Si la frecuencia de la corriente aplicada es mayor, por lo general el riesgo eléctrico disminuye. Una corriente eléctrica de 200 mA a 50 Hz produce un efecto fisiológico mayor que una de 200 mA a 2 kHz. Una cierta magnitud de comente continua provoca daños menores que la misma magnitud a una frecuencia de 50 Ó 60 Hz. - - Capítulo 1 Fundamentos de la Electromedicina 13 Existen infinidad de condiciones que generan peligros de electrocución como ser: enchufes rotos, conductores pelados o con deficiencia en su aislamiento, falta de circuito de tierra en la instalación, etc. Otra causa, puede ser provocada por sistemas de conexión a tierra incompatibles. Por ejemplo, si un equipo se encuentra conectado a tierra en un punto cuyo potencial es casi cero, y otro equipo, conectado al mismo paciente, toma una referencia de tierra de diferente potencial que la anterior, se va a producir una circulación de comente entre ambos puntos de tierra y a través del paciente que, dependiendo de la magnitud, puede llegar a electrocutarlo (ver la Fig. 1.1). O sea, si dos equipos se conectan a la tierra de dos tomacomentes conectados a diferente potencial de tierra, puede haber una corriente denominada lazo de tierra que circule a través del paciente. Esto a menudo se presenta en instalaciones que fueron creciendo sin una debida planificación y no poseen una conexión de tierra común para todos los tomacomentes. Mediante estudios estadisticos, el umbral de percepción de la comente eléctrica para los hombres es de 1,l mA mientras que para las mujeres es de 0,7 mA. Utilizando electrodos de ECG (Electrocardiografia),debido al gel aplicado, que disminuye la impedancia de contacto, el umbral de percepción se reduce a sólo 83 FA. Si el tiempo de exposición a la comente eléctrica es mayor, los efectos fisiológicos producidos también serán mayores. i 1 ! Diversos estudios empleando animales de diferentes tamaños, denotan que el umbral de fibrilación (nivel de comente a partir del cual se activa dicho estado) aumenta conforme al peso del cuerpo. El Peligro de la Electrocución La resistencia del cuerpo humano varia entre 1 kQ y 100 kQ, y la mayor parte de ésta se debe a la resistencia de contacto. Se suele aceptar un valor promedio de 5 kc;l como resistencia del cuerpo humano. Es la intensidad que circula por el cuerpo la que puede producir la muerte, siendo la condición más riesgosa para la electrocución, cuando los puntos de contacto son entre la mano izquierda y el pie derecho. Fig. 1.1. Lazo de tierra. Si existe una diferencia de polencial entre los puntos de tierra A y 8, circulara una corriente por el paciente. Por lo tanto, las pérdidas de cualquier tipo entre dos equipos con los cuales el paciente iuviera contacto podrian producirle la muerte, especialmente cuando los electrodos de aplicación del instrumento superan la resistencia natural de la piel, por estar insertados en una vena o artena, o al reducirse deliberadamente la resistencia por medio de la humectación o la aplicación de ungiientos conductores. La eliminación del lazo de tierra se puede lograr conectando todos los equipos a un mismo potencial de tierra mediante un cable de sección adecuada (ver la Fig. 1.2). 14 - Electromedicina - Eouioos de Diaonóstico v Cuidados Intensivos Capítulo 1 - Fundamentos de la Electromedicina - 15 aparatos eléctricos que poseen gabinetes metálicos, conectan eléctricamente el m i s m a la tierra mediante un terminal especifico de su ficha de alimentación (por ejemplo, ficha monofásica con tierra). Si por un desperfecto interno del equipo (problema de aislamiento, fugas, etc.), aparece sobre su cobertura metálica una diferencia de potencial, esto generará una comente de fuga a tierra que liará que las protecciones de sobrecorriente o diferenciales actúen, anticipándose al riesgo eléctrico. LOS Fig. 1.2. Eliminación del lazo de tierra Es de suma importancia disponer en la instalación de una puesta a tierra adecuada, con conductores normalizados que permitan su identificación (color verde y amadlo, y sección superior a los 2,5 mm2),y con tomacorrientes y fichas que brinden la conexión al equipamiento utilizado (información adicional en Reglamentación para la Ejecución de Instalaciones Eléctricas en Inmrrebles de la AEA, Sección 771; Viviendas, oficinas y locales, y Sección 710; Locales para uso médico). Los equipos se deben conectar en forma individual al punto de tierra y no tomar la tierra de otro dispositivo vecino, dado que si uno de los equipos intermedios pierde la referencia de t i e q entonces quedará una cierta cantidad de aparatos sin protección. Sistema de Protección de Puesta a Tierra Este sistema de protección se propone evitar que se produzca una tensión de valor peligroso sobre las partes metálicas de los equipos o las instalaciones (ver la Fig. 1.3). Sistema de Protección Mediante Interruptores Diferenciales Los intemiptores diferenciales ofrecen una protección confiable cuando por contacto directo involuntario de partes activas fluye una comente por el cuerpo humano (ver la Fig. 1.4). Esta circulación se debe a que el individuo es quién cieri-a el circuito eléctrico entre el punto bajo tensión (con un determinado potencial) y tierra (de potencial cero). La Fig. 1.S muestra los componentes fundamentales que integran este dispositivo: el núcleo magnético toroidal, el mecanismo de disparo y el botón de pmeba. ; , i i Fig. 1.3. Accidente por falla de aislación en el conductor vivo dentro de un protecci6n de tierra. equipo sin r En condiciones normales la comente que pasa hacia la carga retorna por el interruptor. El flujo resultante en el núcleo magnético toroidal, entonces, es nulo y no se produce una activación del mecanismo de disparo. Al producirse una falla de aislamiento o fuga de corriente, ésta no retorna por el interruptor, creándo un flujo magnético en el núcleo que es utilizado por el mecanismo de disparo para seccionar (desconectar) la carga. Capítulo 1 16 - Electromedicina -Equipos de Diagnóstico y Cuidados Intensivos 1 - Fundamentos de la Electromedicina - 17 El umbral de sensibilidad fija, de este modo, la corriente de defecto a tierra máxima que puede circular sin que actúe el mecanismo de disparo. Los niveles de sensibilidad oscilan entre 10 mA y 30 inA para protección de personas, y de 300 mA para protección contra incendios provocados por causas eléctricas debido a fallas de aislamiento. Conductor VE lomdo. y eqaipo con isliclon .- - -- - Rrt Fig. 1.4. Ejemplos de contacto indirecto involuntario. Fig. 1.6. Si IFes mayor al umbral de sensibilidad del interruptor diferencial. se producirá un disparo del mismo. Fig. 1.5. Esquema interno de un interruptor diferencial. De este modo el interniptor diferencial realiza la suma de las corrientes que ingresan a la instalación y al valor resultante se le resta la suma de Las comentes que retornan a través de él. Si no existen fugas a tierra, ambos valores serán iguales y el resultado de la resta será cero. En cambio, si parte de lacorriente que ingresa a la instalación se deriva a tierra y no regresa a través del núcleo, la resta de las comentes entrantes y salientes no será cero y provocará, en el caso de superar un determinado valor llamado umbral de sensibilidad, el disparo del interniptor (ver la Fig. 1.6). Cuando actúa el mecanismo de disparo se realiza en forma instantánea la apemira de los contactos principales. Cuando se tocan partes activas, existen dos resistencias que determinan la intensidad de la comente circulante: la resistencia interna de la persona RM y la de contacto Rs, (ver la Fig. 1.7). Para el análisis de un accidente se debe considerar el caso más desfavorable, cuando la resistencia de contacto del lugar es próxima a cero. Como se mencion6 anteriormente la resistencia del cuerpo humano depende del recorrido de la corriente (por ejemplo, una trayectoria de mano a mano tiene una resistencia aproximada de 1 kQ). La Fig. 1.8 muestra los rangos de intensidad de corriente de defecto según la noma LEC 60 479. Allí se pueden apreciar 4 zonas que caracterizan diferentes condiciones de riesgo y efectos fisioldgicosen función de la magnitud y el período de tiempo que circula comente por el cuerpo. 18 - Electromedicina - Equipos de Diagnóstico y Cuidados Intensivos Capitulo 1 - Fundamentos de la Electromedicina - 19 Los interruptores diferenciales poseen un botón de pmeba. Al pulsarlo, parte de la corriente de entrada retornará a la red a través de una resistencia conectada en serie a dicho botón (ver la Fig. 1.9.a). Como esta corriente no retorna a través del núcleo, no podrá ser sensada y se comportará como una falla. Entonces, el valor de la resta entre las corrientes entrantes y de retorno será mayor al umbral de sensibilidad, y aparecerá un flujo magnético en el núcleo que accionará el disparador abriendo los contactos principales del interruptor. La pmeba semestral garantiza que el interruptor diferencial se encuentre en condiciones de operación apropiadas, tanto eléctricas como mecánicas. En la Fig. 1.9.b se puede apreciar la disposición física del botón de pmeba. Fig. 1.7. El valor de la corriente circulante por el cuerpo (1,) depende del valor de la resistencia interna de la persona (R,) y la resistencia de contacto del lugar (Rs). lOmA 30mA 100W T Fig. 1.9.a) Conexionado interno del botón de pnieba. b) Interruptor diferencial bipoiar marca ABB. [m51 Penodo de mmpo que 20W CIICUIB corriente Cuando se utilice una protección diferencial, de todos modos, se debe conectar un conductor de puesta a tierra a las partes de la instalación y a los aparatos a proteger. De esta manera, sólo podrá circular comente por una persona, cuando existan dos fallas simultáneas. 1000 5W 2W 1W Sistema de Protección Mediante Interruptores Termomagnéticos Y) 20 1 1 Pwio general no re psrctbeneieclos @ Por l~ Deneral M $6 producen efecto;fi~io~bgicosdafiinos l Fig. 1.8. Efectos iisiológicos según la norma IEC 60 479. - o Los interruptores termomagnéticos se iitiliznii por lo general para proteger contra sobrecargas y cortocirciiitos, a los cables y conductores eléctricos de una instalación evitando calentarnientos excesivos. 1. lmA l Comeoteortulame par el cuerno i ~i Estos interruptores disponen de un disparador térmico (bimetal) con retardo, dependiente de la sobrecarga en Función del tiempo, para sobreintensidades bajas; y un disparador electromagnético para sobreintensidades mayores y de cortocircuito. Para cada caso de aplicacibn se dispone de distintas características de disparo como las mostradas en la Fig. 1.10. 20 - Electromedicina - Equipos de Diagnóstico y Cuidados Intensivos Capítulo 1 I U<"ipi"d.lr<irimm~ddrnrnrn & Caracieristica de disparo A Uihi~h*rr*eri.*snl*- Caracteristica de disparo B - Fundamentos de la Electromedicina - 21 La caracteristica de disparo A se aplica para protección limitada de semiconductores, para protección de circuitos de medicio71 con transformadores y para circuitos con conductores de gran longitud y con requerimientos de desconexión de 0,4 s. La B se utiliza para protección de conductores en circuitos de tomacomentes. La curva C se usa para la protección general de conductores, especialmente ventajosos en elevadas comentes de arranque (motores, lámparas, etc.). La curva D posee un rango de disparo adaptado a elementos que generan fuertes impulsos de comente de conexión, tales como transformadores, válvulas electromagnéticas, etc. El parámetro de selección de mayor importancia en un interruptor termomagnético es la corriente nominal o de servicio. Un interruptor que indica sobre el frente la sigla C25, significa que posee una caracteristica de disparo tipo C y una corriente de servicio de 25 A. Los interruptores termomagnéticos, por lo general, pueden trabajar también con comentes continuas con las mismas especificaciones dadas para comente altema, debiéndose verificar la tensión máxima de operación por vía de comente que soporta el modelo utilizado. Un interruptor termomagnético se puede conectar aguas amba o aguas abajo de un interruptor diferencial logrando la misma protección. El cableado de entrada al interruptor se puede hacer por los bomes superiores o inferiores, indistintamente (preferentemente por los bomes superiores para respetar la numeración y obtener una correcta aislación en sus conexiones). Si se utiliza un interruptor termomagnético con más vías de comente que las existentes en la instalación (por ejemplo, un interruptor trifásico en una instalación monofásica), no deben quedar polos del interruptor libres de conexión, debiéndose conectar en serie a otra vía de corriente en uso. Macroshock y Microshock . .,. . . Y1i**li<*ii*ni. b*mio& Caracteristlca de disparo C ,"Yhbl**li<arrr* rr.ii,G- Caracteristica de disparo D Fig. 1.10. Características de disparo según las nomas EN 60 898, DIN VDE0641, parte 11 Existen básicamente dos tipos de electrocución; el macroshock y el microshock. El macmshock está relacionado con la circulación de comente sobre la superficie corporal, donde sólo un pequeño porcentaje de la energía total atraviesa el músculo cardíaco (ver la Fig 1.11.a). El microshock se refiere a aquellos casos en los cuales el paciente tiene un catéter conectado al corazón, donde una pequeña comente que allí se genere puede ocasionar grandes daños e incluso la muerte (ver la Fig. 1.1 1.b). Diversos experimentos demuestran que el rango de comentes que producen fibrilación en casos de microshock es de RO a 600 FA. El límite de seguridad aceptado por norma para prevenir microshocks es d e 10 FA. Por lo tanto, no se puede proteger de un microshock a un paciente mediante el uso de interruptores difcrenciales, con umbrales de sensibilidad de 10 ó 30 mA. La única forma de hacerlo es conectando el equipamiento electromédico a una red del tipo IT, utilizando transformadores de aislación (esto será desarrollado más adelante en SuminiFlro de Enerpíen Salas del Grupo 2). Capitulo 1 - Fundamentos de la Electromedicha - 23 22 - Electromedicina -Equipos de Diagnóstico y Cuidados Intensivos Tabla 1.1. Grado de protección contra shock eléctrico en equipos electromédicos según norma IEC 60513. Microshock Macroshock 0 17 contra shock clLIctrico comidcrniido las corricntcs di. f t q a Catéter i - a) - - pero col1 pancs aplicables CA b) i - Fig. 1.11. Distribución de la corriente por el cuerpo segun los puntos de entrada. La protección contra el shock eléctrico que brindan los equipos alimentados externamente (desde la red eléctrica y no por baterías) se puede clasificar en Clase I o Clase 11, según las siguientes consideraciones: Clase 1. Poseen una aislación básica y una protección suplementaria de tierra. La aislación básica consiste en una aislación entre las partes vivas y las conductoras expuestas, como ser la envoltura metálica. La protección suplementaria de tierra se logra utilizando una ficha de alimentación con tres terminales. Luego, el cable de tierra se conecta a las partes accesibles de metal del equipo. Esta protección entra en juego cuando una falla vuelve viva una parte conductora extema. La corriente de falla desde el vivo a tierra causa el disparo de algún dispositivo de protección de la instalación. Los equipos de Clase 1 no necesariamente poseen chasis metálico. Clase 11. Son equipos de doble aislación de seguridad. Poseen una protección básica dada por una primera capa de aislación y una protección suplementaria dada por una segunda capa. Algunos equipos que pertenecen a este grupo disponen de una aislación reforzada, compuesta por una capa simple de aislación que provee el mismo grado de protección que una aislación doble. Por lo general, estos equipos tienen un cable de alimentación con ficha de dos patas. Sin embargo, algunos equipos Clase II poseen para su conexión de alimentación una ficha de tres contactos. Para los equipos de aplicación biomédica se especifica además un grado de protección contra shock eléctrico, denominado tipo B, BF ó CF (ver la Tabla l. 1), de acuerdo a la norma IEC 605 13 (aspectos fundamentales de seguridad para equipamientos electromédicos). Código IP para la Clasificación de la Protección de la Carcasa Las envolventes de los aparatos brindan un grado de protección para el equipo contra la penetración de cuerpos sólidos externos y de agua con efecto pejudicial. También, brindan protección a las personas contra el contacto de partes peligrosas. Esta protección viene indicada por las cifras IPxx (por ejemplo: IP20, IP56, etc.), donde la primera cifra indica el grado de protección contra el ingreso de sólidos y contra el contacto de partes peligrosas para las personas. La segunda cifra indica el grado de protección contra la penetración de agua (ver ejemplo en la Tabla 1.2). Tabla 1.2. En un equipo iP45 no pueden penetrar cuerpos sólidos mayores a 1 mm de diámetro, no es posible tener contacto con partes peligrosas utilizando un alambre, y está protegido contra chorros de agua (no a presión). 1 O: Sin pmlecd6n 1: =. 50mm de dl&matro 2: r= tZ.5mrndcdibmilm 3: =, 2 5 m m de d1Amclro 4: n 1 n m ds dibma~ro 5: Pmlecclbn contra cl palm 6: E r l a n c ~ apolvo l O Sin pmbcclbn 1 ' DaM* la mano 2 : Oedo 3 Henamranls 4 : Alnmb" 5 :Alrmh.e 6 Alsnihie O : Sin pmtecabn 1 :GBm venlcale9 2:Golmm0ha3ta15grwede indinacidn 3 :Agua pulvaiizada 4: Sili~icadurards aoua 5:Cholros daagua 6:Chorros de agua a preriiin 7: lnmrsidn parapra 24 - Electromedicina - Equipos de Diagnóstico y Cuidados Intensivos Capítulo 1 . Tabla 1.3. Ejemplos de asignación de distintos tipos de salas a los Grupos de Aplicación. Clasificación de las Salas para Uso Médico Con relación a las medidas necesarias para la protección contra los riesgos eléctricos en caso de fallas, las salas para uso médico se clasifican en gmpos de aplicación 0; 1 ó 2. Salas del grupo de aplicación 0. Éstas son salas donde se asegura que: o No se emplean aparatos electromédicos, o o Los pacientes no entran en contacto con equipos electromédicos, o se utilizan equipos electromédicos que están permitidos para su aplicación al paciente, hasta incluso fuera de las salas, o o Se operan equipos electromédicos que se alimentan exclusivamente por baterias. I Salas del grupo de aplicación 1. Éstas son salas donde se utilizan equipos electromédicos conectados a la red, con los cuales los pacientes entran en contacto durante el examen o el tratamiento. Ante una primera falla eléctrica a masa o a tierra en la instalación, se permite la desconexión automática del suministro de energía (mediante protecciones), o un corte de la red general, sin que por ello se ponga en peligro a los pacientes. Los exámenes o los tratamientos se pueden intemmpir y repetir. 1 1 De csterilizrtci6ii para cinicias i No se iitiiiza De lavado equipamien Para terapia física Para hidroterapia De masajes Consultorios de medicina humana y dental Para diagnóstico radiológico y tratamiento Para diálisis De parto ~mbulatoriosquirúrgicos De cirugías Para yesos quirúrgico Dc examen intetisivo De cuidados iiitensivc De endoscc-'Para diapii ilogico y trataniiento ~ ~ ~ ~para i a c o Para cateteiLa,.,~ y tratamit parlo Para diálisi:.< A,. ,.,,,T.v<, -...,.,,.,,.,. Salas del gmpo de aplicación 2. Éstas son salas donde también se utilizan equipos electromédicos conectados a la red, pero que sirven para intervenciones quirúrgicas o para mediciones en el organismo de interés vital. Estos equipos deben poder seguir operando ante una primera falla eléctrica a masa o a tierra, y10 ante un corte en el suministro de la red pública, ya que los exámenes o los tratamientos no se pueden interrumpir y repetir, sin que impliquen un daño para los pacientes en cuidado crítico. La asignación de los diferentes tipos de salas a los Grupos de Aplicación se determina según la utilización médica prevista y el equipamiento médico a emplear. Es por ello qiie ciertos tipos de salas pueden estar vinculadas a más de iin grupo de aplicación. En la Tabla 1.3 se brindan algunos ejemplos. - Fundamentos de la Electromedicina - 25 11 ..- .,,. 1 empleados a través de abemiras na-rales del cuerpo, o con intervenciones quirúrgicas menores (cirugía menor) I I de todo tipo (cirugía rnayor), introducción de catéteres en el cora7on (cateterismo cardíaco), introd~icciónquirúrgica dc P; el ~naiitenimientode las nciones vi tales con iidades (re spiradorcs, etc.). abierto iiitctveiicion . arcapasos, . jn i Suministro de Energía en Salas del Grupo 2 , : : : Expresaremos a continiiaci011los rcqiiisitos particiilnres para Ins iiistalaciones eléctricas en salas de cirugía (qiiirólanos) y salas dc ciiidndos críticos, así como las condiciones necesariaspara la instalaeidn del cquipamicnto electromédico allí empleado. Con el fin de lograr iiti ahnstecimientn scLwro a los equipos utilizados en intervenciones qiiinirgicas y metliclas vitales, sc rcquiere impleinentar una red IT de uso mEdico mediantc un transformador de aislación (ver la Fig. 1.12). 26 - Electromedicina -Equipos de Diagnóstico y Cuidados lnfensivos i F1 L P T ~. 4 €El 1 I Fig. 1.12. Distribución interna en las salas del grupo 2. Se deberán tener las siguientes consideraciones adicionales: Puesta a Tierra de Protección. Las instalaciones eléctricas en quirófanos y salas de cuidados intensivos deberán disponer de un suministro trifásico con neutro (N)y conductor de protección (CP). Tanto el neutro como el conductor de protección deberán ser conductores de cobre con aislamiento a lo largo de toda la instalación. La impedancia entre el punto común de puesta a tierra de cada sala de intervención y los contactos de tierra de las bases de toma de comente, no deberá exceder de 0,2 R. Conexión de Equipotencialidad. Todas las partes metálicas accesibles han de estar unidas a un punto de equipotencialidad (ver EE en la Fig.l.l2), mediante conductores de cobre aislados e independientes. Se deberá emplear la identificación verde-amarillo para los conductores de equipotencialidad y para los de protección. La impedancia entre las partes mencionadas y el punto de equipotencialidad no dcherá cxcedcr de 0,l R. El punto de equipotencialidad (EE) estará unido al de puesta a tierra de protección (vcr PT en la Fig. 1.12) 1 por un conductor aislado color vcrdc-amarillo de sección no inferior a 16 mm de cobre. La diferencia dc potencial entre las partes metálicas accesibles y el punto de equipotencialidad (1;E) no deherá exceder de 10 mV eficaces en condiciones normales. Suministro a Través de un Transformador de Aislacián. En las salas del grupo 2, es obligatorio el empleo de transformadores de aislación para lograr la Capitulo 1 - Fundamentos de la Electromedicina - 27 separación de los circuitos (red IT), como mínimo uno por cada quirófano o sala de intervención. Esde suma importancia incrementar la fiabilidad de la alimentación eléctrica a aquellos equipos en los que una intempción del suministro puede poner en peligro, directa o indirectamente, al paciente o al personal implicado. Los transformadores de aislación permiten limitar las corrientes de fuga a tierra que se pudieran producir debido a que ninguno de los bomes de salida están referidos a la tierra o potencial cero de la entrada, aumentando así la disponibilidad del sistema. En forma conjunta con dicho transformador se utiliza un dispositivo de vigilancia del nivel de aislamiento del mismo, el cual indica una alarma si los niveles de aislamiento están por debajo de los niveles permitidos. Por otra parte se debe efectuar una adecuada protección contra sobreintensidades del propio transformador y de los circuitos por él alimentados. Para ello se utiliza un transformador de intensidad que sensa la comente a la salida del transformador de aislamiento sin estar intercalado en la red de alimentación (tipo pinza amperométrica) y reporta dicha medición a un dispositivo de monitoreo de sobrecarga. Este dispositivo indica en un cuadro de mando si existe una excesiva corriente a la salida del transformador de aislamiento. Por otra parte, también es el encargado de monitorear la temperatura del transformador para evitar sobrecalentamientos. El valor de medición de la temperatura llega a éste mediante un PTC integrado en el núcleo del transformador de aislamiento. Es de suma importancia la coordinación de las protecciones contra sobreintensidades de todos los circuitos y equipos alimentados a través de un transformador de aislamiento, con objeto de evitar que una falta en uno de los circuitos pueda dejar fuera de servicio la totalidad de los sistemas alimentados a través del iransformador. Se dispondrá de un cuadro de mando por quirófano o sala de inteivención, situado fuera del mismo, fácilmente accesible y en sus inmediaciones. Éste deberá incluir la protección contra sobreintensidades, temperatura y el dispositivo de vigilancia del nivel de aislamiento. Es muy importante que todos los mandos sean de ficil acceso y queden perfectamente identificados. El cuadro de alarma del dispositivo de vigilancia del nivel de aislamiento deberá estar en el interior de la sala y ser fácilmente visible y accesible, con posibilidad de sustitución fácil de sus elementos. En el caso deocurrir un problema de fuga a tierra (aislamiento) o de sobreintensidad, los dispositivos de vigilancia no interrumpen el suministro de alimentación sino que infonnana través del panel de alarmas la anomalía para que el médico responsable decida si continúa o no, actuando sobre el panel del mando. Los dispositivos alimentados a través de un transformador de aislamiento no se deben proteger con intemptores diferenciales en el primario ni en el secundario del transformador. Se deberá instalar una protecci6n contra - Capitulo 1 Fundamentos de la Electromedicina 28 - Electromedicina - Equipos de Diagnóstico y Cuidados Intensivos - 29 alimeritación es realizada por el suministro normal, como por el complementario (ver la Fig. 1.13). cortocircuito en el primario (protección magnética solamente) para proteger la instalación en el caso que una falla de este tipo se produzca. Alimentación de Otros Aparatos y Equipos Electromédicos. En las salas del gmpo 2 se requiere un suministro a través de una alimentación independiente a la de la red IT, para otros aparatos y equipos electromédicos, por ejemplo para la iluminación general y otros tomacorrientes (utilizados para alimentar equipos de limpieza, computadoras, etc.). Para estos equipos no es indispensable, y a veces hasta inconveniente, prever una red 1T. Los tomacorrientes en las salas del grupo de aplicación 2 alimentados desde una red distinta de la red lT,deberán tener un cartel de advertencia, para evitar que se conecten equipos biomédicos en contacto con el paciente. Se sugiere que estén instalados a una distancia mínima de 2,5 m de la posición de la camilla del paciente. Para esta alimentación se emplearán dispositivos de protección diferencial de 10 ó 30 mA de sensibilidad, que brindarán la protección individual a aquellos equipos que no estén alimentados a través de un transformador de aislamiento, aunque el empleo de los mismos no exime de la necesidad de puesta a tierra y equipotencialidad. Por ejemplo, cuando la instalación de alumbrado general se sitúe a una altura del suelo inferior a 2,5 metros, o cuando sus interruptores presenten partes metálicas accesibles, deberá ser protegida contra los contactos indirectos mediante un dispositivo diferencial. Se dispondrán las correspondientes protecciones contra sobreintensidades y cortocircuitos (por ejemplo, llaves temomagnéticas). Sdks&pnip02 Fig. 1.13. Diagrama unifilarde distribución de una institución de salud. En el caso de una pemirbación de la red general, la UPS (ver la Fig. 1.14) deberá alimentar por un tiempo determinado los equipos médico-técnicos y servicios imprescindibles del hospital hasta que el generador entre en servicio. Disponibilidad del Suministro Eléctrico 1 La seguridad en el suministro de energía eléctrica es un hospital es particularmente importante. Por eso se recomienda, incluso en pequeños hospitales, alimentarse a través de distintos transformadores, a fin de que el hospital siga abasteciéndose de la red pública, incluso en el caso que se averíe uno de ellos. Por otra parte, es recomendable disponer de un suministro complementario de reserva, por ejemplo un generador, que brinde energía eléctrica ante un corte general de la red pública. Además del suministro complementario de reserva requerido en las instalaciones electromédicas, es obligatorio para las salas del grupo 2 disponer de un suministro especial complementario, por ejemplo con baterías, para hacer frente a las necesidades de la lámpara de quirófano y equipos de asistencia vital, debiendo entrar en servicio automáticamente en menos de 0,5 segundos (corte breve) y con una autonomia no inferior a 2 horas. Cabe aclarar que la lámpara de quirófano deberá estar siempre alimentada a través de un transformador de aislamiento. Todo el sistema de protección deberá funcionar con idéntica fiabilidad, tanto si la Red daalimemibn anernatyd S Emrads) de CA Carga Red de slrmenlaci6n normal I Fig. 1.14. Esquema en bloques de una UPS (fuente de alimentaaón ininternimpida) En los tableros dedistribución que contienen el transformador de aislación para la red IT (tableros propios o separados de otros gabinetes de distribución comunes), - Capitulo 1 Fundamentos de la Electromedicina - 31 30 - Electromedicina - Equipos de Diagnóstico y Cuidados Intensivos se deberán disponer de dos circuitos de alimentación independientes, uno preferencial y otro secundario. Ante una falla en uno de ellos, el [email protected] energía debe ser conmutado en forma automática. Transmisión de las Perturbaciones Electromagnéticas Se deberá ejecutar la instalación de los dos alimentadores lo más separadamente posible, o al menos en 2 canalizaciones de cables i~idependientespara evitar que una única falla eléctrica, mecánica o fuego inutilice ambas alimentaciones al mismo tiempo. Acoplamientos Constituyen el mecanismo mediante el cual las perturbaciones electromagnéticas afectan a los distintos dispositivos, ellos pueden ser: Acoplamientos por conducción. Éstos sc efectúan mediante las lineas de alimentación internas, las lineas de transmisión de datos, las líneas de control, los conductores de masa y tierra, las capacidades parásitas, etc. En una conexión bifilar la señal útil se puede desplazar de dos formas, en modo diferencial o en modo común. El modo diferencial permite mayor inmunidad a la interferencia gracias a los circuitos de entrada diferencial que anulan la componente de mido que se induce de forma similar en ambos cables. Si la información se propaga en modo común, resulta más dificil discriminar el mido de la señal útil. Acoplamientos por radiación. Se efechían a través del medio ambiente (aire). Una corriente que circula por un conductor eléctrico genera un campo magnético que es irradiado a su alrededor. Cuando un conductor eléctrico forma un bucle, el cual está inmerso en un campo magnético variable, aparece una tensión inducida entre sus bornes. Compatibilidad Electromagnética (CEM) Las normas internacionales definen a la Compatibilidad Electromagnética (CEM) como: la aptitud de un dispositivo, aparato o sistema para funcinnar en sil entorno electromagnético en forma satisfactoria y sin producir perturbaciones electromagnéticas intolerables para cualquier otro dispositivo situado en el mismo entorno. Según la intensidad de la perturbación podemos clasificarla en diferentes niveles: '1 ! ! !~ i Nivel de susceptibilidad: es el nivel de perturbación a partir del cual un dispositivo o un sistema empieza a funcionar mal. Nivel de inmunidad: es el nivel normalizado de pemirbaciones que puede soportar un dispositivo o un sistema. Nivel de compatibilidad electromagnética: es el nivel máximo especificado de perturbaciones que cabe esperar es un entorno dado. Limite de emisión: es el nivel normalizado de emisión que un dispositivo no debe superar. Esto significa que el nivel de inmunidad de cada aparato debe ser tal que su entorno no lo perturbe, y su nivel de emisión debe ser lo suficientemente bajo como para no perturbar los aparatos situados en su entorno electromagnético. La Fig. 1.15 representa los niveles antes mencionados. I Fig. 1.15. Niveles de perturbación. ocnurbacldn I Nlwl de susceptibilidad Nivel de inmunidad Nivel da oompatlbiiidad electromagn&tiia Desacoplamientos El transformador normal permite cambiar el régimen de neutro en cualquier punto de la instalación. El mismo garantiza un buen aislamiento galvánico, pero sólo en baja frecuencia (resistencia entre primario y secundario mayor a 10 MC2 a 50 Hz). Para obtener un aislamiento galvánico adecuado en alta frecuencia, será necesario utilizar un transformador de pantalla doble, el cual bloquea y conduce las corrientes de modo común hacia las masas (resistencia entre primario y secundario alrededor de 80 R a 2 kHz). Los fabricantes de equipamiento electromédico especifican el nivel de emisión e inmunidad. Sin embargo no existe una normativa que especifique sobre los niveles de CEM que pueden producir riesgos para el paciente. Los efectos presentados en los equipos a causa de interferencias electromagnéticas suelen ser: mido en la forma de ondade señales fisiológicas (ECG, EMG, EEG, etc.), cambio modo de operación (en marcapasos, respiradores, etc.), funcionamiento erróneo de sensores, activación de alarmas, mal funcionamiento de equipos de diagnóstico por imágenes, etc. En particular, los equipos de resonancia magnética requieren la generación de campos magnéticos estables y son, debido a i Limm de emisión