Choisir la bonne alimentation électrique pour un équipement médical peut s'avérer ardu, car il est crucial de choisir une option aux qualifications correctes. Cet article vise à clarifier quelque peu les choses en offrant un aperçu concis de la terminologie clé et des principaux facteurs à prendre en compte en matière d'alimentation électrique médicale.
Produits Murata pour applications médicales
Les changements environnementaux en matière de soins de santé influent sur les appareils médicaux personnels utilisés pour la gestion quotidienne de la santé, ces produits devenant plus compacts et pouvant se connecter au cloud. Découvrez comment les produits Murata aident à :
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Qu'est-ce qu'une alimentation électrique AC-DC de qualité médicale ?
Une alimentation électrique AC-DC de qualité médicale est une alimentation évaluée et certifiée selon les dernières normes médicales, telles que la norme CEI 60601-1. Celle-ci comprend des exigences spécifiques pour les « Moyens de Protection (MOP) », notamment concernant la sécurité du patient. Les principales protections sont :
- MOOP (Moyens de Protection des Opérateurs)
- MOPP (Moyens de Protection des Patients)
Figure 1
La figure 1 est un schéma d'isolation d'une alimentation électrique de qualité médicale Murata Power Solutions (MPS) qui montre les différents niveaux et types de protection dans divers domaines :
- Zone « A » = 1 x MOOP
- Zone « B » = 1 x MOPP
- Zone « C » = 2 x MOPP
- Zone « D » = 1 x MOPP
- Zone « E » = 1 x MOPP
- Zone « F » = 1 x MOPP
Cette considération est cruciale dans l’application finale du système. Si la sortie de l’alimentation électrique est connectée au patient sans isolation 1MOPP de l’alimentation électrique, cela peut entraîner un risque de non-conformité au niveau du système.
Les utilisateurs finaux peuvent être sûrs que le MOP intégré à toute alimentation électrique Murata Power Solutions (MPS) approuvée par le secteur médical a été évalué par une agence de sécurité accréditée tierce. L'utilisateur final se voit ainsi épargner cette préoccupation. Il reste cependant nécessaire de déterminer le niveau de MOP adapté à l’application envisagée.
La figure 2 (extraite de la norme CEI 60601-1 Éd 3) présente le processus de prise de décision sous forme d'organigramme pour guider l'évaluation et la détermination du type de protection (MOP) requis pour les applications d'équipement médical :
Figure 2
La première case de décision concerne la « PIÈCE APPLIQUÉE ». Qu'est-ce que cela signifie exactement ? Une pièce appliquée est un composant susceptible d'entrer en contact avec le patient. Il s'agit d'une décision cruciale pour l'utilisateur final, basée sur les trois types de pièces appliquées suivants en fonction de l'application prévue :
- Type B (corps) : ce type peut être mis en contact avec le corps du patient et relié à la terre. Le risque associé est un courant de fuite excessif au niveau du patient. Il peut s'agir, par exemple, d’éclairages LED, de lasers médicaux, de scanners corporels IRM/CT, de lits d’hôpitaux et d'équipements de photothérapie.
- Type BF (corps flottant) : ce type entre également en contact avec le corps du patient, mais le patient n'est pas directement connecté à la terre, donc considéré comme « flottant » par rapport à la terre. Le risque associé est, ici aussi, un courant de fuite patient excessif. Il peut s'agir de tensiomètres, d'incubateurs et d'équipements à ultrasons.
- Type CF (cardiaque flottant) : ce type concerne les équipements destinés à des applications cardiaques directes (ou sanguines), nécessitant des limitations de courant de fuite extrêmement faibles pour le patient. Il peut s'agir d'équipements de dialyse et de matériel chirurgical.
Notez que les alimentations électriques ne sont ni des équipements médicaux, ni des pièces appliquées et ne doivent pas être directement connectées à un patient. Si aucun de ces types ne s'applique, l'application prévue ne nécessite pas nécessairement d'alimentation électrique agréée pour pièces appliquées, bien qu'une certaine forme de certification médicale puisse toujours être nécessaire.
Une fois la décision prise, des recherches sur les produits appropriés peuvent être menées pour répondre à la fois aux exigences opérationnelles de l'application prévue et au niveau de MOP approprié.
Les courants de fuite et leur influence sur le choix de l'alimentation électrique
Les courants de fuite font partie de ces paramètres qui peuvent être déroutants. La norme CEI 60601-1 Éd 3 définit trois grands types de courant de fuite :
- Courant de fuite à la terre
- Courant de fuite de boîtier (contact)
- Courant de fuite patient
Le courant de fuite (indésirable) peut être AC, DC ou une combinaison des deux et provenir de l'entrée de l'alimentation (côté source AC) et/ou du côté sortie.
Courant de fuite à la terre
La figure 3 montre le courant qui circule depuis la source d'entrée AC, généralement via la capacité de l'alimentation électrique, à travers le conducteur de terre (terre protectrice). Cette capacité peut être à la fois parasite et placée intentionnellement entre les connexions de la source AC (sous tension et neutre) à la terre pour réduire les émissions EMI.
Il n'y a aucun risque si la connexion à la terre est solide, car aucun courant ne peut circuler à travers le patient ou l'opérateur vers la terre, même si ce dernier est directement en contact avec le boîtier. Dans des conditions normales, le courant autorisé est de 5 mA. Pour des conditions de défaut unique (SFC), il peut être de 10 mA.
La figure 3 montre également la position des condensateurs EMI en « Y » sur une alimentation électrique à cadre ouvert Murata Power Solutions PQC250.
Figure 3
Courant de fuite de boîtier (contact)
La figure 4 montre le courant qui circulerait si le patient (ou l'opérateur) était connecté à la terre et en contact direct avec le boîtier. Dans des conditions normales, le courant admissible est très faible (100 μA). Pour des conditions de défaut unique (SFC), il peut atteindre 500 μA.
Figure 4
Courant de fuite patient
La figure 5 montre le courant circulant entre un élément d'équipement médical et à travers le patient jusqu'à la terre. Dans des conditions normales (NC), le courant admissible est de 100 μA. Dans des conditions de défaut unique (SFC), ce courant admissible augmente jusqu'à 500 μA.
Figure 5
Le courant de fuite peut également provenir d'une autre source, c'est-à-dire d'un autre équipement médical connecté au patient, jusqu'à la terre (comme le montre la figure 6).
Figure 6
Il existe un quatrième courant de fuite mentionné dans la norme CEI 60601 Éd 3, mais il sort du cadre de cet article.
Mise à la terre : équipement de classe I et de classe II
Dans la norme CEI 60601-1 Éd 3, les équipements de classe I et II sont définis en relation à la protection contre les chocs électriques. Classe I : les équipements de cette classe sont conçus pour disposer d'une connexion à la terre de protection (PE). Le système d’isolation entre les composants primaires et toutes les pièces métalliques ou comportant du métal en interne est basique. Cela signifie qu'il doit exister une connexion PE sur le boîtier métallique de l'équipement. Les appareils destinés à une connexion de classe I au réseau d'alimentation électrique public comportent généralement trois bornes de connecteur, dont l'une est désignée comme contact PE (voir la figure 7).
Classe II : les équipements de cette classe ne sont pas destinés à disposer d'une connexion PE. L’isolation entre les composants primaires et toutes les pièces métalliques ou comportant du métal en interne doit donc être doublée ou renforcée. Les appareils destinés à une connexion de classe II au réseau d'alimentation électrique public possèdent généralement un connecteur à deux bornes (voir la figure 8). Un connecteur à trois bornes peut toutefois être utilisé pour des raisons de mise à la terre liées aux EMI, mais cela n'est pas considéré comme un contact PE.
Les équipements de classe II possèdent généralement un boîtier non conducteur (plastique). Les boîtiers métalliques sont autorisés pour les produits de classe II à condition qu'ils offrent une double isolation (2xMOOP) du primaire à la PE/terre et à l'utilisateur final.
En fin de compte, l'utilisateur final doit déterminer la classe d'isolation requise en fonction des critères suivants :
- Si le boîtier est conducteur (métal) ou non.
- Si une connexion PE est disponible. Dans un tel cas, la sélection d’une alimentation électrique équipée d'un connecteur approprié est cruciale.
Exemples de produits Murata Power Solutions pour une mise en œuvre de classe I :
Figure 7 - PQU650M-xxP : connecteur à trois broches avec PE intégré
Figure 8 - Série PQC250 : embase à deux broches avec borne PE distincte.
Récapitulatif
Cet article donne un aperçu des considérations courantes lors du choix d'une alimentation électrique adaptée aux applications médicales. Il commence par passer en revue les divers moyens de protection pour les patients et les opérateurs et montre comment ils influent sur le choix de l'alimentation électrique pour différents types d'équipements médicaux.
Après avoir déterminé la classification de l'équipement en tant que « pièce appliquée », l'article souligne que, même si les alimentations électriques elles-mêmes ne sont pas des pièces appliquées, elles influencent de manière significative le déploiement de l'équipement médical.
Le courant de fuite est mis en avant comme un paramètre critique qui joue sur le choix de l'alimentation électrique. L'article étudie de près ses types et ses implications pour les équipements médicaux.
Enfin, les considérations de mise à la terre sont étudiées en relation avec le choix de l'alimentation électrique.
