Mestrado em Engª Biomédica
FEUP 2006-2007
Engª Clínica e Segurança Hospitalar
ECSH1 - Segurança eléctrica e
electrónica
Segurança eléctrica em
aparelhagem médica
Artur Cardoso
FEUP
[email protected]
www.fe.up.pt/~acardoso
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.
3
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
4
Reacções fisiológicas
5A
5A
Queimaduras
4A
4A
Paragem cardíaca
30 mA
Mulher 56 Kg
100 mA (> 3 s)
Homem 75 Kg
Fibrilação ventricular
67 mA (> 3 s)
Paragem respiratória
19 mA
Ficar agarrado
(contracção muscular)
16 mA
10,5 mA
9 mA
6 mA
0,4 mA
0,3 mA
Choque doloroso,
espasmo, ferimentos
indirectos
Limiar de percepção
Reacções fisiológicas em função do nível de corrente
Efeito
Limiar de percepção
Homem (75 Kg)
Mulher (56 Kg)
0,4 mA
0,3 mA
Consequência
Nenhuma
Espasmo, ferimentos
indirectos. Corrente máxima
que ainda permite soltar (“letgo”)
Possivelmente fatal
Choque doloroso
9 mA
6 mA
Ficar agarrado
(músculos contraídos)
16 mA
10,5 mA
Paragem respiratória
30 mA
19 mA
Frequentemente fatal
Fibrilação ventricular
100 mA (≥3 s)
67 mA (≥3 s)
Possivelmente fatal
Requer impulso de
desfibrilação
Paragem cardíaca
4A
4A
Possivelmente fatal
Não requer desfibrilação
Queimaduras
5A
5A
Fatal se for um órgão vital
•
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.
6
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
Parâmetros de susceptibilidade
Efeito da frequência da corrente
Fonte: Medical Instrumentation – Application and Design, J. Webster ed., Wiley & Sons,1998
8
Parâmetros de susceptibilidade
Efeito do peso e da duração da corrente
Fonte: Medical Instrumentation – Application and Design, J. Webster ed., Wiley & Sons,1998
9
Parâmetros de susceptibilidade
Efeito dos pontos de entrada da corrente
Fonte: Medical Instrumentation – Application and Design, J. Webster ed., Wiley & Sons,1998
10
Valores típicos de resistências do corpo humano
•
•
Resistência interna: cerca de 200Ω em cada membro e 100Ω no tronco
Resistência de interface:
Condições de contacto
Pele seca
Pele molhada
Toque com o dedo
40 kΩ a 1 MΩ
4 kΩ a 15 kΩ
Mão a agarrar um fio
15 kΩ a 50 kΩ
3 kΩ a 5 kΩ
Mão a segurar um alicate
5 kΩ a 10 kΩ
1 kΩ a 3 kΩ
Mão a segurar um cano (1,5”)
1 kΩ a 3 kΩ
500 a 1500 Ω
Mão imersa
200 a 500 Ω
Pé imerso
100 a 300 Ω
Sola de couro, seca, incluindo pé
100 k Ω a 500 k Ω
Sola de couro, húmida, incluindo pé
5 k Ω a 20 k Ω
Sola (ou luva) de borracha
20 M Ω
Fontes:
Medical Instrumentation – Application and Design, J. Webster ed., Wiley & Sons,1998
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
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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
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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
Protecção diferencial
F
N
F≠N
Protecção diferencial com interrupção do
condutor de terra
F
F≠N
N
XX
Aparelhos com isolamento adicional e sem
condutor de terra
Classificação das partes aplicadas
CF
BF
B
Limites de corrente – partes aplicadas tipo B ou bf
A
Normal
100µA
500µA
A
Falha simples
Limites de corrente – partes aplicadas tipo cf
A
Normal
10µA
50µA
A
Falha simples
Limites de corrente – Norma iec 60601-1
NORMAS aplicáveis a equipamento
eléctrico para medicina
Norma de base mundial – IEC 60601-1
IEC 60601-1 Equipamento eléctrico para medicina
Parte 1: Requisitos gerais para a segurança de base e para o desempenho essencial
União Europeia: EN 60601-1
Portugal: NP EN-60601-1
Normas colaterais – IEC 60601-1-X
Requisitos 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 médicos
IEC 60601-1- 2 Compatibilidade electromagnética
IEC 60601-1- 3 Equipamento de raio X
NORMAS aplicáveis a equipamento
eléctrico para medicina
Normas Particulares – IEC 60601-2-X
Requisitos particulares de segurança para tipos específicos de equipamento médico
Exemplos:
IEC 60601-2-2 Equipamento cirúrgico de alta frequência
IEC 60601-2-3 Equipamento terapêutico de ondas curtas
… ~50 tipos de equipamento
Normas de desempenho – IEC 60601-3-X
Requisitos essenciais de desempenho para tipos específicos de equipamento médico
Exemplos:
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
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
36
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.
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