Zaloguj się
Wszystkie
20 września 2024
36
Szczególne wymagania, wyjątkowe aplikacje
Wybór zasilacza do projektowanego urządzenia medycznego zawsze jest podyktowany szeregiem specyficznych wymagań, a ich odpowiedników nierzadko próżno szukać w innych obszarach techniki. Zdecydowana większość parametrów technicznych, którymi chwalą się producenci zasilaczy medycznych, wiąże się z koniecznością zapewnienia najwyższego stopnia ochrony pacjenta (ale także i operatora) przed ryzykiem porażenia elektrycznego, ponieważ w medycynie byłoby szczególnie łatwo o tego typu wypadek.
Aby uzmysłowić sobie skalę problemu, weźmy pod rozwagę prosty przykład – o ile sucha skóra człowieka ma stosunkowo wysoką impedancję przy częstotliwości na poziomie 50 Hz (i jeszcze wyższą rezystancję przy pomiarze prądem stałym), o tyle już lekko wilgotna (np. spocona) staje się znacznie lepszym przewodnikiem. Efekt ten jest zresztą wykorzystywany w badaniu określanym skrótem GSR (ang. Galvanic Skin Response), w którym nawet subtelne zmiany rezystancji odzwierciedlają aktualny stan emocjonalny badanego osobnika (np. w wyniku stresu spowodowanego zadawaniem mu „niewygodnych” pytań).
A co, jeżeli metalowa końcówka narzędzia (np. laparoskopu czy robota chirurgicznego) zostanie wprowadzona do wnętrza ciała i wejdzie w bezpośredni kontakt galwaniczny z płynami ustrojowymi oraz powierzchnią narządów? Wtedy nawet najmniejsze napięcie przyłożone do owego narzędzia będzie w stanie wywołać przepływ relatywnie dużego prądu – niewiele trzeba, by jego skutki okazały się śmiertelne dla pacjenta. I nie chodzi tylko o stosunkowo wąską grupę urządzeń stosowanych do operacji kardio- czy neurochirurgicznych, ale o szereg innych, bardziej rozpowszechnionych urządzeń, które – intencjonalnie lub przypadkowo – mogą wejść w kontakt z ciałem pacjenta.
Aby jeszcze lepiej zrozumieć omawiany problem, warto przywołać dane opublikowane w normie PN-EN 60601-1, dotyczące prawdopodobieństwa wystąpienia migotania komór (VF) przy określonych wartościach natężenia i częstotliwości prądu upływu – czyli prądu płynącego od urządzenia – poprzez ciało pacjenta – do ziemi. Choć ryzyko pojawienia się tego zagrażającego życiu zaburzenia rytmu jest bardzo zróżnicowane w zależności od lokalizacji przyłożenia przewodzącego narzędzia do powierzchni narządu (lub innego obszaru ciała), to z grubsza można określić, że największe występuje w zakresie częstotliwości od 10 do 200 Hz, przy czym prąd upływu na poziomie 100 μA wiąże się z prawdopodobieństwem VF na poziomie 0,05. Przy natężeniu 500 μA prawdopodobieństwo to rośnie do… 1. Ograniczenie prądu upływu jest zatem wysoce zasadne, tym bardziej że już przy 50 μA ryzyko wystąpienia VF spada do 0,01, a przy 10 μA – do zaledwie 0,002.
Warto dodać, że w rzeczywistych warunkach w grę wchodzi także wspomniana już zależność elektrycznej podatności serca od lokalizacji źródła prądu, a także samo prawdopodobieństwo zaistnienia danego rodzaju kontaktu (np. dotknięcia obudowy urządzenia przez przewodzącą część cewnika wewnątrznaczyniowego). Ryzyko jest szczególnie wysokie w przypadku urządzeń umieszczanych wewnątrz serca – przykładowo cewniki do trójwymiarowego mapowania elektrofizjologicznego (stosowane powszechnie podczas zabiegów ablacji migotania przedsionków) są wyposażone w zestaw mikroskopijnych elektrod, które podłącza się do specjalnego systemu akwizycji biosygnałów. Jeżeli (w wyniku jakiejkolwiek awarii lub błędu obsługi) elektroda taka zostałaby zasilona nawet stosunkowo niewielkim napięciem, to przepływ prądu przez wrażliwą strukturę serca mógłby z łatwością wywołać migotanie komór, podczas gdy przyłożenie nawet znacznie większego potencjału do innego obszaru ciała prawdopodobnie nie miałoby żadnego wpływu na pracę serca – w grę wchodzi bowiem nie tylko wartość natężenia prądu, ale także jego gęstość, która w przypadku mikroelektrod jest z natury rzeczy znacznie wyższa niż podczas kontaktu elektrycznego większej powierzchni (np. narzędzia chirurgicznego) z ciałem pacjenta.
Bardzo istotnym aspektem w zakresie bezpieczeństwa elektrycznego zasilaczy medycznych jest odpowiednia konstrukcja urządzenia, a ściślej rzecz ujmując – właściwa koordynacja izolacji czy też rodzaje zastosowanych komponentów pracujących wskroś bariery izolacyjnej (transformatorów, transoptorów, czasem także kondensatorów). Zachowanie wymaganych przez normy wartości parametrów liczbowych – np. natężenia prądów upływu czy wytrzymałości izolacji – nie wystarczy bowiem jeszcze, by dany model zasilacza mógł być stosowany w wyrobach medycznych. Norma 60601-1 jasno definiuje tzw. środki ochrony operatora (MOOP) oraz środki ochrony pacjenta (MOPP), które muszą być zachowane pomiędzy poszczególnymi blokami/elementami całego systemu. Są to środki służące do redukowania ryzyka porażenia elektrycznego osób mających kontakt z urządzeniem (np. lekarza, pielęgniarki czy technika elektroradiologii) oraz samego pacjenta i, jak nietrudno się domyślić, MOPP stawiają konstruktorom wymogi znacznie bardziej restrykcyjne niż MOOP. Funkcję środka ochrony może pełnić zarówno odstęp powietrzny, jak i powierzchniowy, izolacja stała, impedancja ochronna (np. rezystor szeregowy w kablu EKG), a także połączenie uziemienia ochronnego. Mało tego – standard 60601-1 określa nawet brzegowe warunki pracy urządzenia w wypadkach niektórych rodzajów awarii, rozróżniając np. wartości prądów upływu podczas normalnej pracy urządzenia oraz po wystąpieniu tzw. pojedynczego uszkodzenia.
NAPISZ DO AUTORA
Facebook
Twitter
Linkedin
