TCG_Sunum5_2015 25.11.2015

24.11.2015
TIBBİ CİHAZLARDA
GÜVENLİK
Sunum PLANI
Elektriğin Fizyolojik Etkileri
Duyarlılık Parametreleri
Elektrik Gücünün Dağıtımı
İzoleli Güç Sistemleri
ELEKTRİKSEL GÜVENLİK
Kaynaklar: Walter H. Olson «Electrical Safety» ve R. Polikar
«Principles of Biomedical Systems & Devices» ders notları ve
sunumları..
Makroşok Tehlikeleri
Mikroşok Tehlikeleri
Elektriksel Güvenlik direktifleri ve standartlar
Koruma
Güç Dağılımı
Toprak Hatası devre kesicileri (Ground fault circuit interrupters-GFCI)
Ekipman Tasarımı
Elektriksel güvenlik analizörleri/Test Sistemleri
Safety in Clinical Environment
Electrical hazards
Electrical shocks (micro and macro) due to equipment failure, failure of
power delivery systems, ground failures, burns, fire, etc.
Mechanical hazards
mobility aids, transfer devices, prosthetic devices, mechanical assist
devices, patient support devices
Environmental hazards
Solid wastes, noise, utilities (natural gas), building structures, etc.
Biological hazards
Infection control, viral outbreak, isolation, decontamination, sterilization,
waste disposal issues
Radiation hazards
Use of radioactive materials, radiation devices (MRI, CT, PET), exposure
control
1
24.11.2015
Physiological Effects of
Electricity
Electrical Safety
Many sources of energy, potentially hazardous substances,
instruments and procedures
Use of fire, compressed air, water, chemicals, drugs, microorganisms,
waste, sound, electricity, radiation, natural and unnatural disaster,
negligence, sources of radiation, etc.
Medical procedures expose patients to increased risks of hazards due
to skin and membranes being penetrated / altered
10,000 device related injuries in the US every year! Typically due to
Improper use
Inadequate training
Lack of experience
Improper (lack of) use of manuals
Device failure
For electricity to have an effect on the human body:
An electrical potential difference must be present
The individual must be part of the electrical circuit, that is, a current must
enter the body at one point and leave it at another.
However, what causes the physiological effect is NOT voltage, but
rather CURRENT.
A high voltage (K.103V) applied over a large impedance (rough skin) may
not cause much (any) damage
A low voltage applied over very small impedances (heart tissue) may cause
grave consequences (ventricular fibrillation)
The magnitude of the current is simply the applied voltage divided
by the total effective impedance the current faces; skin : largest.
Electricity can have one of three effects:
Electrical stimulation of excitable tissue (muscles, nerve)
Resistive heating of tissue
Electrical burns / tissue damage for direct current and high voltages
Physiological Effects of
Electricity
Physiological Effects of Electricity
The real physiological effect depends on the actual path of the current
Threshold of perception: The minimal current that an individual can detect. For AC (with
wet hands) can be as small as 0.5 mA at 60 Hz. For DC, 2 ~10 mA
Akım miktarı
1 mA
5 mA
10-20 mA
50 mA
100-300 mA
6A
Elektrik akımının olası fizyolojik etkileri
Algılama eşiği (treshold of perception)
Maksimum zararsız akım yoğunluğu
Sürekli kas kasılması öncesi bırak-çek akımı (let-go current)
Acı duyma. Olası bayılma: kalp ve akciğer fonksiyonlarına devam eder
Ventriküler fibrilasyon başlar, solunum fonksiyonları hemen
etkilenmez
Sürekli kas kasılması, geçici solunum felci, akım yoğunluğunun yüksek
olmasından dolayı yanıklar meydana gelir
Let-go current: The maximal current at which the subject can voluntarily withdraw. 6 ~ 100
mA, at which involuntary muscle contractions, reflex withdrawals, secondary physical effects
(falling, hitting head) may also occur
Respiratory Paralysis / Pain / Fatigue At as low as 20 mA, involuntary contractions of
respiratory muscles can cause asphyxiation / respiratory arrest, if the current is not interrupted.
Strong involuntary contraction of other muscles can cause pain and fatigue
Ventricular fibrillation 75 ~ 400 mA can cause heart muscles to contract uncontrollably,
altering the normal propagation of the electrical activity of the heart. HR can raise up to 300
bpm, rapid, disorganized and too high to pump any meaningful amount of blood ventricular
fibrillation. Normal rhythm can only return using a defibrillator
Dry skin impedance:93 kΩ / cm2
Electrode gel on skin: 10.8 kΩ / cm2
Penetrated skin: 200 Ω / cm2
Physiological effects of electricity. Threshold or estimated mean values are given for each effect in a
70 kg human for a 1 to 3 s exposure to 60 Hz current applied via copper wires grasped by the hands.
Sustained myocardial contraction / Burns and physical injury At 1 ~6 A, the
entire heart muscle contracts and heart stops beating. This will not cause irreversible tissue
damage, however, as normal rhythm will return once the current is removed. At or after 10A,
however, burns can occur, particularly at points of entry and exit.
Important Susceptibility
Parameters
Important Susceptibility
Parameters
Threshold and let-go current variability
Frequency
Note that the minimal let-go
current happens at the precise
frequency of commercial
power-line, 50-60Hz.
Let-go current rises below 10
Hz and above several hundred
Hz.
Let-go current versus frequency
Percentile values indicate variability of
let-go current among individuals. Letgo currents for women are about twothirds the values for men.
Distributions of perception thresholds and let-go currents These data depend on surface area of
contact, moistened hand grasping AWG No. 8 copper wire, 70 kg human, 60Hz, 1~3 s. of exposure
2
24.11.2015
Important Susceptibility
Parameters
Important Susceptibility
Parameters
Points of entry
Duration
The longer the duration, the smaller
the current at which ventricular
fibrillation occurs
Shock must occur long enough to
coincide with the most vulnerable
period occurring during the T wave.
Weight
Fibrillation threshold increases with
body weight (from 50mA for 6kg
dogs to 130 mA for 24 kg dogs.
Fibrillation current versus shock duration.
Thresholds for ventricular fibrillation in animals
for 60 Hz AC current. Duration of current (0.2 to
5 s) and weight of animal body were varied.
Important Susceptibility
Parameters
The magnitude of the current required to fibrillate the heart is far greater if the
current is not applied directly to heart; externally applied current loses much of its
amplitude due to current distributions. Large, externally applied currents cause
macroshock.
If catheters are used, the natural protection provided by the skin (15 kΩ ~ 2 MΩ)
is bypassed, greatly reducing the amount of current req’d to cause fibrillation. Even
smallest currents (80 ~ 600 µA), causing microshock, may result in fibrillation.
Safety limit for microshocks is 10 µA.
The precise point of entry, even externally is very important: If both points of
entry and exit are on the same extremity, the risk of fibrillation is greatly reduced
even at high currents (e.g. the current req’d for fibrillation through Lead I (LA-RA)
electrodes is higher than for Leads II (LL-RA) and III (LL-LA).
Distribution of
Electrical Power
Points of entry
(230 V)
Simplified electric-power distribution for 115 V circuits. Power frequency is 60 Hz
Effect of entry points on current distribution (a) Macroshock, externally applied current spreads throughout the body. (b) Microshock, all the current applied through an intracardiac catheter flows through the heart.
Elektrik enerjisinin dagıtımı
Eğer Elektriksel cihazlar mükemmelse, sadece iki
telli (faz ve Nötr) enerjileme yeterli olacaktır. Buna
karşın, bu ideal durumda iki açık sözkonusudur:
• Yanlış kablolama ve eleman hataları vb.gibi durumlar
meydana gelebilir, cihazın metal kasası gibi bir yüzey
ile ıslak taban, başka bir cihazın metal kasası gibi
topraklı bir yüzey arasında bir elektriksel potansiyele
neden olabilir. Herhangi bir kişi bu iki yüzey arasında
köprü oluşturması durumunda Makroşoka maruz
kalacaktır.
•Kusurlu izolasyon ve elektromanyetik kuplajlama (kapasitif veya endüktif) herhangi bir
kazaya neden olmasa da, toprak seviyesine göre elektriksel bir potansiyel üretebilir. Duyarlı
bir hasta toprağa doğru akan bu «sızıntı akımı» nın yolu üzerinde bulunarak Mikroşoka maruz
kalabilir.
• İlave toprak hattı, iyi bir koruyucu hattı sağlar (Nasıl/Neden?)
3
24.11.2015
GROUND!
The additional line that is connected directly to the earth-ground
provides the following:
In case of a fault (short circuit between hot conductor and metal casing),
a large current will use the path through the ground wire (instead of the
patient) and not only protect the patient, but also cause the circuit breaker
to open. The ability of the grounding system to conduct high currents to
ground is crucial for this to work!
If there is no fault, the ground wire serves to conduct the leakage current
safely back to the electrical power source – again, as long as the
grounding system provides a low-resistance pathway to the ground
Leakage current recommended by ECRI are established to prevent injury
in case the grounding system fails and a patient touches an electrically
active surface (10 ~ 100 µA).
Kalbin Doğrudan Uyarımı:
Mikroşok ve Makroşok
Vücut dışında herhangi iki noktadan bir gerilim uygulandığında, bunun yaratacağı elektrik
akımının küçük bir kısmı kalp üzerinden geçer. Giriş noktalarının kalbe olan yakınlığı,
vücuttan akan toplam akıma göre duyarlılığı etkiler. İnsan vücudunda dışarıdan
uygulanacak gerilimlerde fibrilasyon akımının, vücut içinde kalbe yakın kateterlerden
kaynaklanacak fibrilasyon akımlarına göre çok daha büyüktür. Vücut içerisinde kalbe
yakın bir noktada bir kateter bulunuyorsa, aradaki cilt direncinin ve doku direncinin
büyük kısmı atlandığından akacak akımın tümü kalp üzerinden akabilir. Bu şekilde
ventriküle bir kateter ile doğrudan verilecek çok küçük akımlar fibrilasyona yol açabilir.
İnsanda 80-600 µA arasında bir akım doğrudan kalbe uygulandığında fibrilasyon oluşur.
Burada dikkat edilmesi gereken, akım düzeyinin algılama eşiğinin altında olmasıdır.
Böylece, bir operatör, kardiyak katetere dokunduğunda, hastanın kalbinin fibrilasyona
girmesine neden olabilir. Bu şekilde kalbe doğrudan uygulanan kateterlerden giren
akımlara mikroşok denir. Standartlara göre, bu akımın izin verilebilen en büyük değeri 10
µA ile sınırlandırılmıştır.
Vücut dışından, ekstremitelerden yani vücudun en uzak noktalarından uygulanacak
akımlara ise makroşok denir. Makroşoka karşı hasta bağlantı elektrotlarının çeşitli
elektriksel çevrelere ve etkileşimlere karşı yalıtılması gerekmektedir.
Mikroşoka yol açabilecek doğrudan kalbe yapılan
bağlantılar
Dışarıdan takılan takma pacemaker elektrotları
Kalp içi EKG ölçüm cihazlarının elektrotları
Kalbe yerleştirilmiş içi iletken sıvı dolu
kateterler (kan basıncını ölçmek, kan örneği
almak, boya veya ilaç vermek için
kullanılabilirler)
Topraklama ve Makroşok
Macroshock Hazards
Eğer sistem, herhangi bir sebepten
dolayı aktif ise veya aktif uç
şaseye(metal kılıf, kutu gibi) temas
ediyorsa ve şase topraklanmışsa,
aşırı akım; bir devre kesici gibi
davranacak olan 1Ω ‘luk toprak
direnci boyunca akacaktır
• Direct faults between the hot conductor and the ground is not common,
and technically speaking, ground connection is not necessary during
normal operation.
• In fact, a ground fault will not be detected during normal operation of
the device, only when someone touches it, the hazard becomes known.
Therefore, ground wire in devices and receptacles must be periodically
tested.
4
24.11.2015
Macroshock Hazards
Topraklama ve Makroşok
Eğer sistem, herhangi bir
sebepten dolayı aktif ve şase
topraklanmamış ise, aşırı akım
hasta üzerinden akacaktır. Bu
akım, solunumda zorluklara ve
hatta ventriküler fibrilasyona
neden olabilir
Macroshock
Microshock Hazards
Most electrical devices have a metal cabinet, which constitutes a hazard, in
case of an insulation failure or shortened component between the hot power
lead and the chassis. There is then 115 ~ 230 V between the chassis and any
other grounded object.
The first line of defense available to patients is their skin.
The outer layer provides 15 kΩ to 1 MΩ depending on the part of the body,
moisture and sweat present, 1% of that of dry skin if skin is broken,
Internal resistance of the body is 200Ω for each limb, and 100Ω for the trunk, thus
internal body resistance between any two limbs is about 500Ω (somewhat higher
for obese people due to high resistivity of the adipose tissue)!
Any procedure that reduces or eliminates the skin resistance increases the risk of
electrical shock, including biopotential electrode gel, electronic thermometers
placed in ears, mouth, rectum, intravenous catheters, etc.
A third wire, grounded to earth, can greatly reduce the effect of macroshock,
as the resistance of that path would be much smaller then even that of
internal body resistance!
Small currents inevitably flow between adjacent insulated conductors at different
potentials leakage currents which flow through stray capacitances, insulation,
dust and moisture
Leakage current flowing to the chassis flows safely to the ground, if a low-resistance
ground wire is available.
Sızıntı Akımları
Parazitik kapasite ve düşük
kaliteli iletkenlerden dolayı Faz
(F), Nötr(N) ve Toprak (G)
sızıntı akımları (100 µA’ler
mertebesinde) Zderi den ziyade
1Ω’luk toprak direnci boyunca
akacaktır.
Ancak, kalbe doğrudan
elektriksel bağlantılar (kateter
gibi) sözkonusu ise, yine de bazı
akımlar hasta üzerinden
akacaktır
Microshock Hazards
• If ground wire is broken, the chassis
potential rises above the ground; a
patient who has a grounded connection
to the heart (e.g. through a catheter)
receives a microshock if s/he touches
the chassis.
• If there is a connection from the
chassis to the patient’s heart, and a
connection to the ground anywhere in
the body, this also causes microshock.
• Note that the hazard for microshock
only exists if there is a direct
connection to the heart. Otherwise,
even the internal resistance of the body
is high enough top prevent the
microshocks.
5
24.11.2015
Mikroşok
Herhangi bir sebepten dolayı
güvenlik toprak bağlantısı
koparsa, bütün akım hasta
üzerinden akacaktır. Bu akım
değeri, solunumda zorluklara ve
hatta ventriküler fibrilasyona
neden olabilir
Toprak iletkeni kopmuş bir sistemin hastaya bağlı bir
kateter üzerinden oluşturabileceği olası mikroşok görünümü
Safety Codes & Standards
Limits on leakage current are instituted and regulated by the safety
codes instituted in part by the National Fire Protection Association
(NFPA), American National Standards Institute (ANSI), Association
for the Advancement of Medical Instrumentation (AAMI), and
Emergency Care Research Institute (ECRI).
Şoktan korunmaya
temel yaklaşımlar
Hastaların şoktan korunabilmesi için iki ana yol vardır:
Hastanın elektrik akımını sağlayan tüm kaynaklardan tam anlamıyla izole
edilmesi
Hastanın ulaşabileceği iletken yüzeylerin tümünde aynı voltaj seviyesinin
sağlanması
Neither can be fully achieved some combination of these two
Topraklama sistemi (Grounding system)
İzole güç dağıtım sistemi (Isolated power-distribution system)
Toprak hatası devre kesicileri (Ground-fault circuit interrupters -GFCI)
HİÇBİRİ TAM OLARAK BAŞARILI DEĞİLDİR. Bu metotların
kombinasyonları kullanılabilir.
6
24.11.2015
Protection through
Equipment Design
Strain-relief devices for cords, where cord enters the equipment and
between the cord and plug
Reduction of leakage current through proper layout and insulation to
minimize the capacitance between all hot conductors and the chassis
Double insulation to prevent the contact of the patient with the
chassis or any other conducting surface (outer case being insulating
material, plastic knobs, etc.)
Operation at low voltages; solid state devices operating at <10V are
far less likely to cause macroshocks
Electrical isolation in circuit design
Transformer Isolation
Amplifiers
Electrical Isolation
Isolation
barrier
ν CM
CMRR
ν SIG
Error
~
ν ISO
IMRR*
RF
Error
~
AD202
−
~
In −
In +
ν ISO
+
+
ν CM
FB
−
Isolation
Capacitance
and resistance
~
ν SIG
In com
+ν ISO
Out
-ν ISO
Out
~
Input common
(a)
ν ISO
Output
common
νo
=
ν SIG ±
*IMRR in v/v
ν CM
CMRR
±
ν ISO
IMRR
Gain
Signal
−
+
Demod
Mod
±
Hi
±5V
F.S.
5V
F.S.
Lo
νo
Power
+ 7.5 V
− 7.5 V
Rect and
filter
Oscillator
25 kHz
25 kHz
+ 15 V DC
Power
return
(b)
• Main features of an isolation amplifier:
• High ohmic isolation between input and output (>10MΩ)
• High isolation mode voltage (>1000V)
• High common mode rejection ration (>100 dB)
7
24.11.2015
Optical Isolation Amplifier
Low resistance (0.15 Ω) ground that can carry
currents up to the circuit-breaker ratings protects
patients by keeping all conductive surfaces and
receptacle grounds at the same potential.
Isolation barrier
CR3
i
CR1
−
λ1
−
AI
+
• Macroshocks
• Microshocks
• Ground faults elsewhere (!)
+V
i2
i3
−
AII
+
The difference between the receptacle grounds
and other surface should be no more then 40 mV)
+
υi
υo
−V
Input
control
(c)
Protects patients from
λ2
+υo
i1
~
RK = 1M Ω
i2
i
RG
+
CR2
υo = υi
Grounding Systems
RK
Output
RG
control
−
All the receptacle grounds and conductive surfaces
in the vicinity of the patient are connected to the
patient-equipment grounding point. Each patientequipment grounding point is connected to the
reference grounding point that makes a single
connection to the building ground.
İzole Güç Sistemleri
İyi bir eşpotansiyel topraklama sistemi, çok nadir olsada, başlıca
toprak hatalarından kaynaklı büyük akımları elimine edemez.
İzole güç sistemleri majör toprak hatalarına karşı koruma
gerçekleştirirler.
Özellikle ıslak çalışma şartlarında makroşoklara karşı hatırı sayılır koruma
sağlarlar.
Buna karşın, bu gibi sistemler maliyetlidir (pahalıdır!).
Alev alabilir anestezi sistemlerinin olduğu yerlerde sadece kullanılırlar.
Mikroşoka karşı ek minör koruma yapmaso, bu sistemlerin yüksek
maliyetini her klinik çevrede kullanımını haklı göstermez.
İZOLELİ güç dagıtımı
Not grounded !
• In
Normally,
fact, in such
whenan
there
isolated
is a ground-fault
system, if a single
from hot
ground-fault
wire to ground,
occurs,athe
large
system
current
simply
is drawn
reverts
causing
back ato
potential
the
normal
hazard,
ground-referenced
as the device will
system.
stop functioning when the circuit breakers open !
• This
•A
be prevented
by using
thewith
isolated
which
separates ground
from
linecan
isolation
monitor
is used
such system,
system that
continuously
monitors
forneutral,
the firstmaking
ground
fault,
neutralduring
and hot
which
electrically
case it simply
identical.
informs
A single
the ground-fault
operators to will
fix the
notproblem.
cause large
Thecurrents,
single ground
as longfault
as
does
both NOT
hot conductors
constituteare
a hazard!
initially isolated from ground!
8
24.11.2015
Toprak hatası devre kesiciler (Ground Fault
Circuit Interrupters -GFCI)
GFCI
Yaklaşık 6 mA’den büyük bir toprak hatası meydana geldiğinde, elektrik akım kaynağı
devre dışı bırakılır.
The National Electric Code (NEC - 1996) requires that all
circuits serving bathrooms, garages, outdoor receptacles,
swimming pools and construction sites be fitted with GFCI.
Ihot=Ineutral ise hata yoktur. GFCI bu iki akım arasındaki farkı dedekte eder. Eğer fark eşik
seviyesinin üzerinde ise, bu akımın geri kalanı ya şasede veya hasta boyunca akıyor olduğu
anlamına gelir!!!
Dedeksiyon, bir fark transformatörü içerisindeki iki bobin (faz ve nötr)tarafından
indüklenen voltajın takip edilmesiyle yapılır.
GFCI mikroşoklara karşı DEĞİL, sadece majör toprak
hatalarına karşı koruma yapar.
Tipik olarak, yaşam destek ekipmanlarında ölümcül güç
kayıplarına neden olduğu için, GFCI hasta bakım alanlarında
tercih edilmez veya kurulmaz.
9
24.11.2015
Electrical Safety Analyzers
Wiring / Receptacle Testing
Three LED receptacle tester:
Bu basit sistem yaygın hat problemlerini test etmede kullanılır( ancak 64
muhtemel durumun sadece 8’ini dedekte edebilir)
Toprak/Nötr terslendirmesini dedekte edemez, veya Toprak/Nötr ile Faz
birleştiğinde ve Faz topraklandığı durumları dedekte edemez (GFCI
ikincisini dedekte eder)
ELEKTRİKSEL GÜVENLİK
TESTLERİ
Hastane ortamında kullanılan cihazların elektriksel güvenlik testleri,
genel olarak Güvenlik test ve ölçüm araçları (Safety Analyser)
olarak adlandırılan özel cihazlarla sağlanmaktadır. Bu cihazlar,
çeşitli testlerin yapılmasını kolaylaştırarak, sonuçları belirli
standartlara göre “uygun” veya “uygun değil” şeklinde uyarılarla
birlikte verirler.
Ancak, sözkonusu elektriksel güvenlik testleri bilinen temel ölçüm
cihazlarıyla yapılabilmektedirler. Tıbbi cihazlar temelde; toprak
hatası, şase kaçak akımı ve hasta bağlantı uçlarındaki kaçak
akımlardan dolayı elektriksel olarak tehlikelere yol açmaktadırlar.
Bir cihazda, bu türden elektriksel hataların biri olabileceği gibi iki
veya daha fazlası da aynı anda oluşabilmektedir. Bunun için, bir
cihazın elektriksel güvenliği incelenirken öngörülen test işlemlerinin
hepsinin uygulanması gerekmektedir.
ELEKTRİKSEL GÜVENLİK
TESTLERİ
Toprak ucu- Şase arasındaki direncin ölçümü,
Şase kaçak akımının ölçümü,
Hasta bağlantı uçları- Toprak ucu arasındaki
kaçak akımın ölçümü,
Hasta bağlantı uçları arasındaki kaçak
akımların ölçümü
AC yalıtım testi
Toprak Ucu – Şase
arasındaki direncin ölçümü
Herhangi bir elektriksel bağlantı yokken, Ohmmetre kullanılarak
Cihazın şasesi veya metal kutusu ile Toprak hattı arasındaki direncin
ölçülmesidir. Bu direnç değeri 0.5 Ω değerinden daha az olmalıdır
olmak üzere beş kısımda incelenebilir.
10
24.11.2015
Şase Kaçak Akımının ölçümü
Testi yapılacak cihazın “on” ve “off” konumlarının her ikisinde,
cihazın toprak ucu açıkken bir ampermetre aracılığıyla cihazın
şasesi veya metal kutusu ile genel veya bina toprak hattı arasındaki
akımın ölçülmesidir. Bu akım değeri; sabit cihazlarda 5 mA, portatif
veya mobil cihazlarda 300 µA değerinden küçük olmalıdır
Hasta Bağlantı Uçları arasındaki
kaçak akımın ölçülmesi
Testi yapılacak cihazın güç anahtarı “on” konumunda olacak şekilde,
cihazın toprak ucu hem açıkken hem de kapalıyken bir ampermetre
aracılığıyla cihazın hasta bağlantı uçları arasındaki kaçak veya sızıntı
akımının ölçülmesidir.
Bu akım değeri; izole edilmemiş elektrotlar için 50 µA,
izole edilmiş elektrotlar için; cihazın toprak hattının genel toprak
(GND) hattından ayrılmış durumda (GND açık) 50 µA
Cihazın toprak hattı genel toprak hattına bağlı olduğu durumda (GND
kapalı) 10 µA değerinden küçük olmalıdır
DurumDurum-1: Operatörlerden
dolayı mikroşok
Parametreler
(1) Hasta elektrikle çalışan bir yatakta yatmaktadır.
(2) Duvar prizinde topraklama hatalı
(3) Hasta pille çalışan ritim yapıcıya bağlı çapraz ritim katedosi ile
donatılmış
(4) Hasta ECG monitörüne bağlı sağ bacak ECG elektrodu monitör
vasıtasıyla hastanın topraklama sistemine bağlı
Hasta Bağlantı Uçları – Toprak ucu
arasındaki kaçak akımın ölçülmesi
Testi yapılacak cihazın güç anahtarı “on” konumunda olacak şekilde, cihazın
toprak ucu hem açıkken hem de kapalıyken bir ampermetre aracılığıyla
cihazın hasta bağlantı uçlarıyla genel toprak hattı arasındaki akımın (sızıntı
akımı) ölçülmesidir.
Bu akım değeri; yüzey elektrotları gibi izole edilmemiş elektrotlar için 100
µA, intrakardiyak elektrotlar gibi izole edilmiş elektrotlar için; cihazın
toprak hattının genel toprak (GND) hattından ayrılmış durumda (GND açık)
50 µA ve cihazın toprak hattı genel toprak hattına bağlı olduğu durumda
(GND kapalı) 10 µA değerinden küçük olmalıdır
Hasta Bağlantı Uçları ile Canlı uç
arasındaki yalıtım akımının ölçülmesi
Faz gerilimi taşıyan bir iletkenin yalıtılmış hasta bağlantı uçlarına
değdiği zaman geçebilecek akım ölçülür.
Bu ölçümde; testi yapılacak cihazın güç anahtarı “on” konumunda
olacak şekilde, bir ampermetre aracılığıyla, cihazın her bir hasta bağlantı
elektrotu ile canlı uç (faz) arasındaki akım miktarı tespit edilir.
Bu akım değeri; 20 µA değerinden küçük olmalıdır. Ancak bu işlem,
sadece izole edilmiş elektrotlu sistemlerin yalıtım akımının tespiti için
uygulanmalıdır.
Elektrikli yataktaki hatalı topraklama
bağlantısı, yatak çerçevesi (demirleri)
ve yataktaki prime teller arasındaki
kapasitif etkileşme nedeniyle yatak
çerçevecinde (demir aksamında) bir
gerilim (voltaj) oluşmasına sebep olur.
Normalde bu gerilim, zararsız bir
şekilde toprağa bağlı bir akım
oluşturur.
Fakat topraklama telindeki kırıklar,
kopuklar oluştuğunda akım başka
yolları takip eder.
Durum-1 analiz
*Bu örnekte, varsayalım ki bir yetkili yatağın yanına ritim kateter bağlantılarını
ayarlamak için gelir ve düşünmeden aynı anda ritim yapıcı terminallerine ve yatak
kızaklarına dokunur.
*Varsayalım ki yetkili görevli, bu iki nokta arasında 100.000 Ω’luk bağlantı sağladı.
Kateter uçları ve hasta arasındaki direnç 500 Ω olsun.
*Analizden görürüz ki görevli (yetkili) güç hattı ve toprak arasındaki yolu tamamlar,
bu yol doğrudan kalpten geçmektedir.
11
24.11.2015
Durum-1 Analiz
degerlendirme
Elektrikli yatağın kaçak empedansı yaklaşık 1MΩ (varsayalım ki güç hattından
yatak demir aksanına kapasitans 2500 pf) buradan, basit bir hesaplama hasta
kalbinden 100 µA’in üzerinde bir akım geçer. (V 240 kabul edilirse pA olur)
Bu değer doğal olarak karakteristik hasta için zararlı olabilir
Sağlık ekibi muhtemelen var olan bu hasara dikkat etmeyecektir
Ekipten biri yatak demirine ve toprağa aynı anda dokunduğunda, sadece üzerinden
100 µA civarında bir akım geçecektir. Bu durum çoğu yetişkinler için duyu kaybı
başlangıcının altıdır, deriden geçen akım hissedilmez
EKG’nin monitöründe ortaya çıkan hat frekansı girişimi bazı şeylerin yolunda
gitmediğini belirler
Hemşire hanımın doğal tepkisi elektrot sıvısının kuruyup gittiğine bakmak ve
değişiklik ihtiyacını görmek olur.
Bu işlemin girişilmesi azaltılması hatasını ortaya çıkarır, hemşire hanım monitörde
bir hata olduğunu varsayar ise monitörün servis teknisyenini çağırır.
Bütün bu süre boyunca yatak çalışmaya devam eder, öyle ki içerisinde bir hata
olacağı beklenmez. Bu durumda hatanın yataktan topraklamaya hatalı
bağlantısından dolayıdır. 1ft=0.305m
Durum-1: öneriler ve özet
Öneriler
(1) Hasta etrafında bulunan bütün cihazların topraklama hattının
sürekliliğinin periyodik kontrolü yapılmalı.
(2) EKG’nin monitöründeki yalıtılmış giriş devreleri kontrol
edilmeli.
(3) Eğitim kurulu potansiyel şok kararlarını ve giderilmesini
anlamalı.
Özet
Hata : Elektrikli yatağın güç kablosunda kopmuş topraklama teli
Hasar : Normalde toprağın bağlı olması gereken yataktaki kaçak
akım, hastanın sağ bacak elektrotlu EKG monitörü vasıtasıyla
topraklanan hasta üzerinden akmaktadır.
Hasarın göstergesi : EKG monitöründeki girişimlerin yükselmesi
Durum-2: analiz
Tuzlu su doldurulmuş kateter monitör basıncında kullanılmadığında ve kalp
etrafından kan numuneleri almadığında benzer durumlar oluşur. Kateterdeki tuzlu
su zararlı akımların kalbe erişmesinin içindeki yolu görmede yeterli bir iyi
iletkendir. Sık sık bu kateterler, monitör kasasına basınç aktarıcı vasıtasıyla
topraklanırlar. Bu, hasta yada ara kişi yetersiz topraklanmış cihaza dokunduğunda
hasara neden olur. Ara şahıs kaçınılmaz olarak, kateder ve monitör basınç
aktarıcıdaki topraklanma vasıtasıyla hastaya akan akımın kaynağı durumunda olur.
Akım kaynağı, iyi yalıtılmış cihaz olduğu gibi iki telli güç kablosuna sahip cihazda
olabilir. Güç kaynağına sadece iki tel kablo ile donatılmış şekilde bağlı cihazlar ne
kadar iyi yalıtılmış ve mükemmel olsalar da hastalar için tehlikeye sahiptirler.
Hasta bu cihazların bazılarının dış çerçevesine sadece dokunduklarında, güç
tellerindeki var olan yeterli kapasitif etkilenme 20 µA den daha büyük bir kaçak
akımın oluşmasına neden olurlar. Bazı cihazlarda bu akım akışı 500 µA e kadar
çıkmaktadır.
Yetersiz topraklanmış televizyon setinden, radyolardan, elektrikli traş
makinelerinden ve lambalardan açığa çıkan kaçak akım çoğunlukla öyle zayıf ki
yetkililer tarafından hissedilmezler. Fakat, kalbi etrafında elektrotlarda bulunan
hastaya bu hissedilmeyen (zayıf) akım zararlı olabilir. Yaklaşık 100 µA’lik akımlar
dahi hastalara oldukça zararlıdır.
DurumDurum-1: Operatörlerden
dolayı mikroşok
Bir kan basınç kateteri ve/veya bir
EKG sistemi hastanın elektriksel
izolasyonlu yatağına bağlanmış ve
yatağın toprak bağlantısı kopmuş ise
herhangi bir ilave müdahale veya
işlem yapılmadığı takdirde sorun
oluşmaz. Ancak, bir operatör yatakla
temas eder ve aynı anda katetere
dokunursa, akım kaçak kapasite
üzerinden yatağa, operatör ve hasta
üzerinden EKG sistemlerine doğru
akacaktır. Bu akım kardiyak
fibrilasyona neden olabilir. Bu
problemden dolayı, EKG sinyalinin
50 Hz ‘deki girişimi artış gösterir.
durum--2: Çevre Ekipmanlarından
durum
dolayı Mikroşok
Parametreler
Durum 1’de olduğu gibi fakat tuzlu su doldurulmuş kateterler ve hasta
etrafında iki telli kablo uygulamasının etkisi
durum--2: Çevre Ekipmanlarından
durum
dolayı Mikroşok
Hasta yatağından sonra İki telli masa lambası hasta odasında
kullanılan diğer bir araçtır. Hastanın kan basıncının ölçümünde tuz
dolu kateter kullanılır ve basınç monitoru topraklanır. Tuz iyi bir
iletkendir. Hasta lambanın kutusuna dokunursa, fibrilasyon meydana
gelebilir
12
24.11.2015
Durum-3:Toprak potansiyelleri
yoluyla mikroşok
Durum-2: Öneriler ve özet
Öneriler
(1) Hastanın 15 ft yakınına kadar olan durumlarda üç telli güç kablolu
cihazlar kullanılmalı ve bu cihazlar uygun şekilde topraklanmalıdır.
(2) Yetkili kişiler hasarlar konusunda bilgili olmalı.
(3) Hastadan çıkan geçici topraklama yolları yalıtılmış giriş monitörleri
cihazlar kullanarak mümkün olduğunca ortadan kaldırılmalıdır.
Özet
Hata : İki telli güç kablolu cihazlar
Hasar : Yatak tarafı cihazın dış yüzeyinde kaçak akım vardır. Var
olan (takılı) kateterinde tuzlu su haznesi vasıtasıyla topraklama yolu.
Hasar Göstergesi : İlgililer tarafından kaçak akım hissedilmediği
sürece, hiç belli olmaz.
1.Hasta, sağ-bacak elektrotlu bir ECG monitörü ile topraklanmış bir monitöre bağlandı.
2.Hastanın arterial basıncı, tuzlu su dolu katetere bağlı bir basınç aktarıcılı, ki bu aktarıcı
basınç monitörü çerçevesine ve toprağa bağlı oluşum, bir intrakardiak birim (ICU)
kullanılarak monitöre bağlanmış olsun.
3.Bu monitörler, topraklı üç-telli duvarın güvenli prizlerine ayrı ayrı bağlı olsunlar.
4.bu iki çıkıştan çıkan topraklamalar beraber bağlanmasınlar, ICU alan bölgesinden
oldukça uzak mesafesindeki bir merkezi güç dağıtım paneline bağlı olsunlar.
Durum-3: Analiz
Varsayalım ki, bir temizlikçi ECG monitörünün bağlı olduğu şebeke üzerindeki
duvar prizine bir elektrikli süpürge taktı. Süpürge, üçüncü teli süpürgenin dış
kasasını topraklayan bir üç telli kabloya sahiptir. Bu, süpürge için gerekli güvenlik
önlemi vardır.
Süpürgeler elektrik güvenliği açısından tehlikeli zararlı cihazlardır. Motorun
pervaneleri sürekli toz, buhar ki bunlar (kanatlardan dış çevreye kısa bir yol
oluşturur) etkisine maruz kalmaktadır. Bu tür kısa devre süpürge yüzeyinde
(çevresinde) tam hat akımının yükselmesine neden olur. Süpürge kullanıcısını
korumak amacıyla dış çerçevesi topraklanır. Bu örnekte, elektrikli süpürge
tamamen kusurlu değil, fakat öyle bir yeterli kusur oluşturur.
Şöyleki 1 A’ lik akım, topraklama hattından geriye doğru güç dağıtım paneline
akar. Varsayalım ki, güç dağıtım paneli 50 ft’lik bir mesafede bulunsun ve güç teli
numarası # 12 AWG OLSUN 50 ft (yak. 15m) topraklama teli 0.08 Ω ’luk bir
dirence sahiptir. AWG12(kesit çap:2.053mm, 5.211Ω/km)
EKG monitöründeki yaygın topraklama telindeki akan 1 A ’lik akim 80 mV ‘luk
bir gerilim düşmesine neden olur.
Basınç monitöründen çıkan topraklamadan çok küçük miktarda akım geçmesi
nedeniyle uyum çerçevesi topraklanıp duruma çok yakın değerde olur. Biz, bu
potansiyel farkın, doğrudan şema üzerinden ECG monitörü ve basınç monitörü
arasında ortaya çıktığını görürüz.
Durum-3: Özet
Durum-3: Analiz
Varsayalım ki, 10 µA güvenlik sınırının en yükseği, hasta üzerinden ECG
monitörü ve basınç monitörü arsındaki empedans 8000 Ω ‘dan daha aza
düştüğünde, bu miktar akım akabilir.
Bu 8000 Ω ‘luk direnç bu yol için düşük bir direnç olarak kabul edilebilir, fakat
daha uygun topraklama telleri ya da daha yüksek hatalı durumlar nedeniyle, gerilim
daha yüksek olabilir tespit edilmesi ve bulunması zor düşük gerilim zararlarının
bütün çeşitleri ile ilgili birçok önemli noktaları öğrenme olanağı bu örnekte vardır.
Verilen örnekte, teller en çok var olan tel kodlarının ön şartlarını karşılamaktadır.
İlave güç çıkışları ve devrelerinin, var olan çıkış ve teller güçlendirilmeden,
yenileştirme programlarının kısımları olarak eklenen eski hastanelerde bu tür teller
bulunmaktadır,
Bu düşük gerilim zararları, hastane yetkilileri tarafından tespit edilemez, çünkü
ortaya çıkan akım hissedilmeyecek kadar küçüktür.
EKG monitör işaretlerindeki girişimlerin miktarının büyütülmesinin uzaktan
anlaşılma olasılığı vardır. Fakat, o monitörde bir hata olarak gösterilmesi olasılığı
teldeki hatadan daha fazladır. Hatta çok kısa bir zaman aralığında, örneğin
elektrikli süpürge çalışırken olabilir. Bu durumda ilgililer nedeni bulma konusunda
yetersiz kalabilir. Bu örnekte gerilim, hastada fibrilasyona neden olacak kadar
yeterli ise, hastane yetkilileri hastanın sıkıntısının temizleme servisindeki elektrikli
süpürgeden kaynaklandığını anlayabilmekte ve yardımcı olabilmektedir.
Durum-3:Toprak potansiyelleri
yoluyla mikroşok
Farklı cihazlar aynı toprak
potansiyeline bağlı olmasalar da
Mikroşok meydana gelebilir.
Gerçekte, hasta bağlı olduğu
cihazda herhangi bir toprak
hatası olmadan da mikroşoka
maruz kalabilir.
Açık bir şekilde ortak toprak hat
direnci 0.1Ω, eğer 5A bir toprak
hatası mevcut olduğu takdirde
500mV‘luk bir potansiyel farka
kolaylıkla neden olacaktır.
Hata: Hastaya bağlı iki cihaz, oldukça uygun topraklamalarla prize
bağlanmıştır.
Zarar: Kusurlu cihaz, iki cihaz arasındaki topraklama potansiyelinde farka ve
akımın hasta üzerinden akmasına neden olur.
Eğer hasta direnci 50kΩ’dan
küçükse, bu 10µA güvenlik akım
değerinden büyük bir akıma
neden olacaktır.
13
24.11.2015
Microshock Via
Ground Potentials
14