safety-critical system and engineering design

8/16/2019 Safety-critical System and Engineering Design

1/39

SAFETY-CRITICAL SYSTEM

AND ENGINEERING DESIGNCARDIAC AND BLOOD-RELATEDDEVICE

Dita Dzata Mirrota & Susanti


2/39


3/39

+eberapa *ontoh safety-critical systems

esa-at terbang

&it

'obil

Katup antung

%mplan

eralatan

haemodialisis Sot-are komputer

&inear a**elerators

$obot operasi

elesurgery

a*emakers

Defbrillators

/ydro*ephalus shunts

%nusion pumps

&asers

SAFE!"#$%%#A& S!SE' A(D E()%(EE$%() DES%)(#ardia* and +lood"$elated Design


4/39

SAFETY-CRITICAL SYSTEMAND ENGINEERING DESIGN

CardiacE!ctricaS"st!#s

M!c$anicaand

E!ctro#!c$anica

S"st!#s

Cardiac%ac!#a!

rs

E!ctro#a'n!tic

Co#(ati)iit"

D!*)riator

Arti*cia+!art

Va,!s

Cardio(u#onar" B"(ass

+a!#odia"sis


5/39

00.0. #ardia* ele*tri*alsystems


6/39

#ardia* Ele*tri*al Systems

#ardia* a*emakers 1Alat pa*u antung2

'emperbaiki abnormalitas ke*epatan antung

Defbrillator

'engembalikan denyutan 1brillation2 antung menadi ritme sinus normal



7/39

Normal Sinus Rhythm

Kotraksi ritme antung dipelihara olehpotensial aksi yang dilakukan oleh pa*u

antung alami3

Sinoatrial 1SA2 node Atrio4entri*ular 1A52 node



8/39

hree types o heart blo*k

FirstDegree+lo*k

Delay at the A5 un*tion isin*reased rom the normal 6.7to 6.0 s

Se*ondDegree+lo*k

Some impulses ail to pass atall but a e- get through to the4enti*les

#omplete

+lo*k

(o impulses get through and so

the 4entri*les pa*e themsel4es,but at a 4ery mu*h redu*edheart rate o typi*ally 86 beatsper minute.SAFE!"#$%%#A& S!SE' A(D E()%(EE$%() DES%)(

#ardia* and +lood"$elated Design


9/39

00.0.7. *ardia*pa*emakers


10/39

ipe a*emakers



11/39

ipe a*emakers

E9ternal3digunakan pasiendengan arrythmia

antungsementara yangmungkin teradipada periode

kritis atau saatoperasi antung

%nternal3 ter"implan, dengangenerator nadi yang dimasukkandalam kantung operasi yangbiasanya diletakkan di ba-ah tulangselangka kiri atau kanan



12/39

+entuk pa*emaker paling sederhanamenghasilkan tekanan output sekitar :6bpm se*ara terus menerus. etapi memiliki

beberapa kekurangan3 Ke*epatan antung tidak memiliki 4ariasi

berdasarkan kegiatan pasien.

eradi pemborosan daya bila heart block tidak teradi se*ara keseluruhan karenabeberapa degupan mungkin teradise*ara natural tanpa bantuan

pacemaker .SAFE!"#$%%#A& S!SE' A(D E()%(EE$%() DES%)(



13/39

engembangan tipe pacemaker



14/39

+lo*k diagram o a typi*al pa*emaker



15/39

o-er Sour*es

Kondisi ideal3

;kurannya harus ke*il

ahan lama

Kapasitas tingg idak bereek

terhadap temperaturtubuh

Dapat mudah diuisehingga habisnyadaya dapat diprediksi

'urah

idak bereek pada auto*la4ing


16/39

ipe Sumber Daya

hermoelektrik generator bertenaga nuklir


17/39

Pacemaker bertenaga nuklir

'engandung kapsullutonium 10>?u2dengan -aktu paruh?: tahun.

%sotop radioaktimeman*arkan partikel@ yang menghasilkanpanas ketika terserap

dalam thermophile. ahan selama 06

tahun

Kekurangan3

o lutonium sangat bera*un

o roses enkapsulasi harus memiliki 6kemungkinan kebo*oran

o /arganya sangat mahal

SAFE!"#$%%#A& S!SE' A(D E()%(EE$%() DES%)(



18/39

'er*ury #ell

/anya dapat bertahan selama 0 tahun1seharusnya diharapkan dapat bertahanmin. = tahun2

roses enkapsulasi yang bermasalah




19/39

&ithium %odine #ell

Daya tahan auh lebih lama dari mer*ury*ell

idak menghasilkan gas


20/39

Saety $euirements

asien hendaknya menghindari alat yangmenghasilkan kekuatan radio transmisi,*ontohnya alat *ek keamanan di

bandara 'enghindari s*anner resonansi magnetik

yang menghasilkan bidang magnetikdan elektromagnetik tinggi.

Sterilisasi




21/39

'etode Sterilisasi

#old *hemi*als

$adiasi

Ethylene o9ide gas

Steam, biasanya 706B# selama 7= menit emanasan kering pada suhu sekitar 7=6B#

$adiasi dapat bereek pada pa*emaker elektronik,

terutama alat '


22/39

... ELECTROMAGNETICCOM%ATIBILITY /EMC0

#


23/39

E$&E()KAA( !A() ';()K%('E()/AS%&KA( )A());A(

#omputers

'obile pohes

Surgi*al

diathermy Cele*trosurgery

&inear a**elerator

hysiotheraphydiathermy

$adio *ommuni*ations

hermostats

Ele*trostati* materials

ransormers




24/39


25/39

00.0.>. Defbrillators


26/39

Defbrillator

Digunakan untuk memberikan keutanelektrik yang besar ke antung.

+erungsi untuk mengembalikan ritme

sinus pada antung yang masih akti tapitidak berkontraksi pada mode yang selaras.

enggunaan defbrilator pada pasienserangan antung berada pada prosedur

emergency 1ga-at darurat2, dimana aksipemompaan antung diulang tiap beberapamenit ika pasien berhasil survive.




27/39

Fibrilasi +iasanya disebabkan oleh is*haemia pada

aringan antung, tetapi terkadang uga disebabkanoleh keutan elektrik, obat"obatan, kekuranganmineral, tenggelam, dan hipotermia.

AtriaV!ntric

uar

5entrikel tetap berungsitetapi dengan ritme yangtidak biasa. Dalam kondisi

ini, sementara darahdapat terus dipompa.

lebih sangat berbahayakarena 4entrikel tidak

dapat memompa darahsehingga kematian dapatteradi dalam beberapa

menit.


28/39




29/39

rinsip Defbrillasi

Keutan defbrillasi bertuuan untuk menghentikan antung se*ara keseluruhan, atau setidaknya *ukupuntuk menghentikan sel menghalangi fbrillasi,dengan harapan antung akan restart dengan mode

degupan yang normal setelah diberi keutan. Dalam menstimulasi otot antung membutuhkan

degupan durasi yang lebih panang daripadamenstimuli otot lurik, meskipun stimulus

beramplitudo tinggi dalam periode pendek akanmenghasilkan eek yang sama dengan stimulusberamplitudo rendah dalam periode yang panang.




30/39

Arus yang dibutuhkan dalam Defbrillasiharus besar, karena3

/anya sedikit bagian dari arus yangdiberikan di dada yang akhirnyasampai mele-ati ke antung ika

defbrilasi diberikan langsung pada antung maka kebutuhan arus akanlebih ke*il

;kuran subyek yang berpengaruh

he-an yang lebih besar membutuhkanarus yang lebih besar pula.




31/39

+entuk Defbrillator

Arus yang dibutuhkan defbrillator untukmele-ati dada sekitar =6 A.

$esistansi bergantung pada ukuran

elektroda yang digunakan dan ukuranpasien, namun biasanya digambarkansebesar =6

Daya yang dibutuhkan defbrillator3%0 $ 70= k




32/39

+entuk Defbrillator

AC DC

/anya dapatmenghasilkan daya

sekitar 7= k

#ukup untuk men"defbrillasi anak,bukan de-asa


33/39

D# Defbrillator

5 G0=66 5 untuk menghasilkan arus =6 A menadi=6

Energi ketika dibebankan pada 0=66 5

menghasilkan H #50 0=6 I. 1Faktanya, kebanyakandefbrillator memiliki energi maksimum yangtersimpan sebesar 866 I output maksimum hanyadibutuhkan oleh pasien yang besar2

E i Di i d


34/39

Energi yang Disimpan danDikirim idak seluruh energi yang tersimpan di

kapasitor akan terkirim ke dada pasiendikarenakan kehilangan energi dalam

sirkuit output edibrillator. +iasanya,energi yang terkirim terkurangi sekitar76J dari energi yang tersimpan, adi biladefbrillator memiliki energi tersimpan

maksimum 866 I, maka yang benar"benar terkirim mungkin hanya sekitar>6 I.SAFE!"#$%%#A& S!SE' A(D E()%(EE$%() DES%)(



35/39


36/39

Elektroda

+erukuran diameter sekitar 76 *m.

+iasanya digunakan dengan ellykondukti untuk mengurangi

impedansi kontak sekitar =6"766 .

+iasanya menggunakan 0 elektroda3

+erada di pun*ak antung

$uang inter*ostal kedua yangberbatasan dengan tulang dada

B!ruuran !)i$ !ci dan t!ri$ats!(!rti s!ndo s!$in''au2un'n"a da(at an'sun'

)!rs!ntu$an d!n'an#"oardiu#.

Dada 1antun' Lan'sun'


37/39

enggunaan Defbrillator

Defbrillator yang langsung digunakan saatoperasi antung ma9imum output =6 I.

#ardio4ersion. Keutan yang diberikan di dada

untuk memperbaiki atrial fbrillation, atrialLutter, atau 4entri*ular ta*hy*ardia energisekitar 06"066 I.

Defbrillator darurat bagi kasus 4entri*ularfbrillation dia-ali dengan keutan 066 Ikemudian dilanutkan dengan energi lebihtinggi bila tidak berhasil kembali ke ritme sinus.


38/39

Defbrillator erimplan

'irip dengan pa*emakers, tetapi lebihmengatasi ta*hy*ardia 1aritmia *epat2daripada brady*ardia 1aritmia lambat2 dan

dapat memberikat keutan hingga >6 I. 'engandung sensor yang dapat

mendeteksi akti4itas antung elektrik1seperti pa*emakers2 dan sinyalnya

memproses untuk menentukan keputusanyang tepat kapan treatment dibutuhkan.




39/39

Defbrillator erimplan

erdiri dari3

Sensor E#) C EK)

ulse generator

emroses sinyal elektronik

Elektroda yang diletakkan diepi*ardium atau di 4entrikel kanan.

Dapat memenuhi 766 kali keutanberenergi 0= I sebelum baterai habis.


# di d +l d $ l t d D i

safety-critical system and engineering design

Documents