safety-critical system and engineering design
TRANSCRIPT
-
8/16/2019 Safety-critical System and Engineering Design
1/39
SAFETY-CRITICAL SYSTEM
AND ENGINEERING DESIGNCARDIAC AND BLOOD-RELATEDDEVICE
Dita Dzata Mirrota & Susanti
-
8/16/2019 Safety-critical System and Engineering Design
2/39
-
8/16/2019 Safety-critical System and Engineering Design
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
-
8/16/2019 Safety-critical System and Engineering 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
-
8/16/2019 Safety-critical System and Engineering Design
5/39
00.0. #ardia* ele*tri*alsystems
-
8/16/2019 Safety-critical System and Engineering Design
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
SAFE!"#$%%#A& S!SE' A(D E()%(EE$%() DES%)(#ardia* and +lood"$elated Design
-
8/16/2019 Safety-critical System and Engineering Design
7/39
Normal Sinus Rhythm
Kotraksi ritme antung dipelihara olehpotensial aksi yang dilakukan oleh pa*u
antung alami3
Sinoatrial 1SA2 node Atrio4entri*ular 1A52 node
SAFE!"#$%%#A& S!SE' A(D E()%(EE$%() DES%)(#ardia* and +lood"$elated Design
-
8/16/2019 Safety-critical System and Engineering Design
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"$elated Design
-
8/16/2019 Safety-critical System and Engineering Design
9/39
00.0.7. *ardia*pa*emakers
-
8/16/2019 Safety-critical System and Engineering Design
10/39
ipe a*emakers
SAFE!"#$%%#A& S!SE' A(D E()%(EE$%() DES%)(#ardia* and +lood"$elated Design
-
8/16/2019 Safety-critical System and Engineering Design
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
SAFE!"#$%%#A& S!SE' A(D E()%(EE$%() DES%)(#ardia* and +lood"$elated Design
-
8/16/2019 Safety-critical System and Engineering Design
12/39
+entuk pa*emaker paling sederhanamenghasilkan tekanan output sekitar :6bpm se*ara terus menerus. etapi memiliki
beberapa kekurangan3 Ke*epatan antung tidak memiliki 4ariasi
berdasarkan kegiatan pasien.
eradi pemborosan daya bila heart block tidak teradi se*ara keseluruhan karenabeberapa degupan mungkin teradise*ara natural tanpa bantuan
pacemaker .SAFE!"#$%%#A& S!SE' A(D E()%(EE$%() DES%)(
#ardia* and +lood"$elated Design
-
8/16/2019 Safety-critical System and Engineering Design
13/39
engembangan tipe pacemaker
SAFE!"#$%%#A& S!SE' A(D E()%(EE$%() DES%)(#ardia* and +lood"$elated Design
-
8/16/2019 Safety-critical System and Engineering Design
14/39
+lo*k diagram o a typi*al pa*emaker
SAFE!"#$%%#A& S!SE' A(D E()%(EE$%() DES%)(#ardia* and +lood"$elated Design
-
8/16/2019 Safety-critical System and Engineering Design
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
-
8/16/2019 Safety-critical System and Engineering Design
16/39
ipe Sumber Daya
hermoelektrik generator bertenaga nuklir
-
8/16/2019 Safety-critical System and Engineering Design
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%)(
#ardia* and +lood"$elated Design
-
8/16/2019 Safety-critical System and Engineering Design
18/39
'er*ury #ell
/anya dapat bertahan selama 0 tahun1seharusnya diharapkan dapat bertahanmin. = tahun2
roses enkapsulasi yang bermasalah
SAFE!"#$%%#A& S!SE' A(D E()%(EE$%() DES%)(
#ardia* and +lood"$elated Design
-
8/16/2019 Safety-critical System and Engineering Design
19/39
&ithium %odine #ell
Daya tahan auh lebih lama dari mer*ury*ell
idak menghasilkan gas
-
8/16/2019 Safety-critical System and Engineering Design
20/39
Saety $euirements
asien hendaknya menghindari alat yangmenghasilkan kekuatan radio transmisi,*ontohnya alat *ek keamanan di
bandara 'enghindari s*anner resonansi magnetik
yang menghasilkan bidang magnetikdan elektromagnetik tinggi.
Sterilisasi
SAFE!"#$%%#A& S!SE' A(D E()%(EE$%() DES%)(
#ardia* and +lood"$elated Design
-
8/16/2019 Safety-critical System and Engineering Design
21/39
'etode Sterilisasi
#old *hemi*als
$adiasi
Ethylene o9ide gas
Steam, biasanya 706B# selama 7= menit emanasan kering pada suhu sekitar 7=6B#
$adiasi dapat bereek pada pa*emaker elektronik,
terutama alat '
-
8/16/2019 Safety-critical System and Engineering Design
22/39
... ELECTROMAGNETICCOM%ATIBILITY /EMC0
#
-
8/16/2019 Safety-critical System and Engineering Design
23/39
E$&E()KAA( !A() ';()K%('E()/AS%&KA( )A());A(
#omputers
'obile pohes
Surgi*al
diathermy Cele*trosurgery
&inear a**elerator
hysiotheraphydiathermy
$adio *ommuni*ations
hermostats
Ele*trostati* materials
ransormers
SAFE!"#$%%#A& S!SE' A(D E()%(EE$%() DES%)(
#ardia* and +lood"$elated Design
-
8/16/2019 Safety-critical System and Engineering Design
24/39
-
8/16/2019 Safety-critical System and Engineering Design
25/39
00.0.>. Defbrillators
-
8/16/2019 Safety-critical System and Engineering Design
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.
SAFE!"#$%%#A& S!SE' A(D E()%(EE$%() DES%)(
#ardia* and +lood"$elated Design
-
8/16/2019 Safety-critical System and Engineering Design
27/39
Fibrilasi +iasanya disebabkan oleh is*haemia pada
aringan antung, tetapi terkadang uga disebabkanoleh keutan elektrik, obat"obatan, kekuranganmineral, tenggelam, dan hipotermia.
AtriaV!ntric
uar
5entrikel tetap berungsitetapi dengan ritme yangtidak biasa. Dalam kondisi
ini, sementara darahdapat terus dipompa.
lebih sangat berbahayakarena 4entrikel tidak
dapat memompa darahsehingga kematian dapatteradi dalam beberapa
menit.
-
8/16/2019 Safety-critical System and Engineering Design
28/39
SAFE!"#$%%#A& S!SE' A(D E()%(EE$%() DES%)(
#ardia* and +lood"$elated Design
-
8/16/2019 Safety-critical System and Engineering Design
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.
SAFE!"#$%%#A& S!SE' A(D E()%(EE$%() DES%)(
#ardia* and +lood"$elated Design
-
8/16/2019 Safety-critical System and Engineering Design
30/39
Arus yang dibutuhkan dalam Defbrillasiharus besar, karena3
/anya sedikit bagian dari arus yangdiberikan di dada yang akhirnyasampai mele-ati ke antung ika
defbrilasi diberikan langsung pada antung maka kebutuhan arus akanlebih ke*il
;kuran subyek yang berpengaruh
he-an yang lebih besar membutuhkanarus yang lebih besar pula.
SAFE!"#$%%#A& S!SE' A(D E()%(EE$%() DES%)(
#ardia* and +lood"$elated Design
-
8/16/2019 Safety-critical System and Engineering Design
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
SAFE!"#$%%#A& S!SE' A(D E()%(EE$%() DES%)(
#ardia* and +lood"$elated Design
-
8/16/2019 Safety-critical System and Engineering Design
32/39
+entuk Defbrillator
AC DC
/anya dapatmenghasilkan daya
sekitar 7= k
#ukup untuk men"defbrillasi anak,bukan de-asa
-
8/16/2019 Safety-critical System and Engineering Design
33/39
D# Defbrillator
5 G0=66 5 untuk menghasilkan arus =6 A menadi=6
Energi ketika dibebankan pada 0=66 5
menghasilkan H #50 0=6 I. 1Faktanya, kebanyakandefbrillator memiliki energi maksimum yangtersimpan sebesar 866 I output maksimum hanyadibutuhkan oleh pasien yang besar2
E i Di i d
-
8/16/2019 Safety-critical System and Engineering Design
34/39
Energi yang Disimpan danDikirim idak seluruh energi yang tersimpan di
kapasitor akan terkirim ke dada pasiendikarenakan kehilangan energi dalam
sirkuit output edibrillator. +iasanya,energi yang terkirim terkurangi sekitar76J dari energi yang tersimpan, adi biladefbrillator memiliki energi tersimpan
maksimum 866 I, maka yang benar"benar terkirim mungkin hanya sekitar>6 I.SAFE!"#$%%#A& S!SE' A(D E()%(EE$%() DES%)(
#ardia* and +lood"$elated Design
-
8/16/2019 Safety-critical System and Engineering Design
35/39
-
8/16/2019 Safety-critical System and Engineering Design
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$an d!n'an#"oardiu#.
Dada 1antun' Lan'sun'
-
8/16/2019 Safety-critical System and Engineering Design
37/39
enggunaan Defbrillator
Defbrillator yang langsung digunakan saatoperasi antung ma9imum output =6 I.
#ardio4ersion. Keutan yang diberikan di dada
untuk memperbaiki atrial fbrillation, atrialLutter, atau 4entri*ular ta*hy*ardia energisekitar 06"066 I.
Defbrillator darurat bagi kasus 4entri*ularfbrillation dia-ali dengan keutan 066 Ikemudian dilanutkan dengan energi lebihtinggi bila tidak berhasil kembali ke ritme sinus.
-
8/16/2019 Safety-critical System and Engineering Design
38/39
Defbrillator erimplan
'irip dengan pa*emakers, tetapi lebihmengatasi ta*hy*ardia 1aritmia *epat2daripada brady*ardia 1aritmia lambat2 dan
dapat memberikat keutan hingga >6 I. 'engandung sensor yang dapat
mendeteksi akti4itas antung elektrik1seperti pa*emakers2 dan sinyalnya
memproses untuk menentukan keputusanyang tepat kapan treatment dibutuhkan.
SAFE!"#$%%#A& S!SE' A(D E()%(EE$%() DES%)(
#ardia* and +lood"$elated Design
-
8/16/2019 Safety-critical System and Engineering Design
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.
SAFE!"#$%%#A& S!SE' A(D E()%(EE$%() DES%)(
# di d +l d $ l t d D i