Rozdział 2 Badanie rozkładu pola magnetycznego w inkubatorach Halina Aniołczyk, Paweł Bieńkowski 1. Wprowadzenie Inkubator (cieplarka dla noworodków) jest niezbędnym wyposażeniem szpitali i oddziałów położniczych, zapewniającym możliwość skutecznego leczenia wcześniaków, niemowląt o wrażliwym organizmie oraz niemowląt chorowitych. Inkubator stwarza optymalne warunki klimatyczne dla życia tych dzieci, zmniejszenie niebezpieczeństwa infekcji, ułatwia ich leczenie i szybki rozwój fizyczny. Temperaturę, wilgotność powietrza oraz stężenie tlenu w przestrzeni dla niemowlęcia można utrzymywać w pożądanych granicach. Dane elektryczne: napięcie zasilania 220 V, częstotliwość znamionowa 50 60 Hz. Moc grzałek dochodzi do kilkuset watów (W). Dane regulatora temperatury: znamionowe granice temperatur roboczych: 20 37º C +/- 2 3º C. Temperatura otoczenia powinna być o co najmniej 2ºC niższa od regulowanej najniższej temperatury przestrzeni klosza, w której umieszczany jest noworodek. Wszystkie elektryczne i elektroniczne urządzenia i instalacje są źródłem pól elektromagnetycznych (PEM), mogą też być źródłem zakłóceń lub ich funkcjonowanie może wywoływać zakłócenia w pracy innych urządzeń. Wstępna analiza budowy i wyposażenia inkubatorów pozwala stwierdzić, że podstawowym źródłem PEM jest sieć energetyczna i urządzenia z niej zasilane. W tym zakresie częstotliwości (ELF) dominujące znaczenie ma składowa magnetyczna. Ze względu na stosowanie stosunkowo niskich napięć natężenie pola elektrycznego jest ograniczone do kilkudziesięciu - kilkuset V/m, co w porównaniu z wartością normatywną dla tego zakresu częstotliwości (tu: 1 kv/m na terenach pod zabudowę mieszkalną) jest do pominięcia. Drugim zakresem częstotliwości mogącym wystąpić w inkubatorach są pola z zakresu kilohercowego (VLF). Źródłem pól w tym paśmie są głównie zasilacze impulsowe i przetwornice napięcia. Urządzenia te są źródłem zarówno pól magnetycznych jak i elektrycznych (w tym zakresie częstotliwości dopuszczalne poziomy pola elektrycznego są znacznie niższe niż w zakresie ELF) [1]. W 24 badaniach epidemiologicznych stwierdzono zwiększoną zachorowalność dzieci na białaczkę przy ekspozycji środowiskowej (mieszkania) na pole magnetyczne 50 Hz o indukcji
magnetycznej przekraczającej 0.3 μt [2]. Pole magnetyczne o częstotliwości 50/60 Hz znajduje się na liście IARC w grupie 2B jako czynnik przypuszczalnie kancerogenny dla człowieka [3]. Inkubatory należą do wyrobów medycznych i jako takie muszą spełniać szczegółowe wymagania bezpieczeństwa medycznych urządzeń elektrycznych, które regulują normy PN- EN serii 60601, Część 2. Konstrukcja ww. norm jest ujednolicona i obejmuje m. in. sekcje: 5 dotyczącą ochronę przed zagrożeniami wywołanymi niepożądanym lub nadmiernym promieniowaniem, 8 dotyczącą dokładności parametrów pracy i ochronę przed niebezpiecznymi wartościami parametrów wyjściowych [4]. Ograniczone metodycznie badania własne IMP w otoczeniu 11 inkubatorów wykazały występowanie pola elektrycznego (0.05 50 khz) o wartościach do 630 V/m a pola magnetycznego (50 Hz) o wartościach 1.24 4.22 μt. W miejscu przebywania pielęgniarki, lekarza, rodziców zmierzone wartości pola magnetycznego 50 Hz wynosiły 0.18 0.59 μt [5]. Noworodek przebywa w inkubatorze nawet do kilku miesięcy. Źródłem pola magnetycznego o częstotliwości 50 Hz są: sterujące układy elektroniczne, układ ogrzewania, układ wentylacji, układ oświetlenia oraz inne urządzenia zewnętrzne, jak np. respirator czy urządzenie do fototerapii noworodków. 2. Cel i materiał badań Celem badań było zbadanie poziomów indukcji pola magnetycznego 50 Hz i jego rozkładu występującego w inkubatorach stosowanych w polskich szpitalach. Wykonano pomiary dla 17 inkubatorów różnych typów (wymienionych poniżej) zainstalowanych na Oddziale Patologii i Ratunkowym jednej z Klinik Neonatologii: - AIR-SHIELDS USA Infant Intensite Care System typ BF (półotwarty), - Atom Infant Incubator V-850 ATOM with Inteligent Environment Control, - Medicor IK 31, - ISOLETTE VHS 682, - AIR-SHIELDS USA Infant Intensite Care System typ BF (półotwarty) z urządzeniem Mediprema AMPLIFUX (do fototerapii), - Atom Infant Incubator V-850 ATOM with Inteligent Environment Control z podłączonym Pulsoksymetrem i Respiratorem.
Na ryc.1 przedstawiono wygląd ogólny sali z inkubatorami na oddziale szpitala ginekologiczno - położniczego. Ryc.1. Sala Noworodków na oddziale położniczym szpitala (fot. E.Grudziński) 3. Metoda badań Pomiary indukcji pola magnetycznego wewnątrz inkubatorów przeprowadzono przy symulacji normalnej pracy urządzenia (inkubator pusty, ale załączona stabilizacja temperatury) oraz w warunkach rzeczywistej pracy urządzenia (inkubator z noworodkiem). Wykonano również pomiary tła indukcji magnetycznej w pomieszczeniach z inkubatorami. Do pomiarów pola magnetycznego o częstotliwości 50 Hz zastosowano miernik pola magnetycznego typ DMFM-ELF05 (opracowanie Politechniki Wrocławskiej) wyposażony w miniaturową sondą pomiarową. z możliwością dołączenia rejestratora i analizatora widma lub oscyloskopu. Miernik ten umożliwia pomiar pola magnetycznego o wartościach od 0.04 μt do 250 μt w zakresie częstotliwości od 30 Hz do 1 khz. Błąd pomiaru wynikający z własności miernika w zakresie częstotliwości 30 Hz 300 Hz wynosi ± 5% a w zakresie częstotliwości 300 Hz 1 khz wynosi ± 15%. Szacunkową całkowitą niepewność pomiaru
uwzględniającą również niedokładności ustawienia sondy w punktach pomiaru i wyboru samych punktów wyznaczono na poziomie 25%. W celu określenia parametrów widmowych mierzonego pola magnetycznego (H), przeprowadzono analizę widmową mierzonego pola z wykorzystaniem oscyloskopu z funkcją FFT podłączonego do wyjścia miernika. Metodyka badań rozkładu indukcji pola magnetycznego wewnątrz inkubatora: wynik pomiaru wypadkowej indukcji pola magnetycznego w inkubatorze określano na podstawie pomiarów przestrzennych pola dla 300 punktów równomiernie rozłożonych w objętości klosza inkubatora do wysokości 0.15 m nad płytą leżakową z materacykiem. Pozwoliło to na objęcie pomiarami całej przestrzeni, w której może przebywać noworodek. Metodyka badań zmienności indukcji pola magnetycznego w czasie: 24 godzinny monitoring z sondą pomiarową umieszczoną w ustalonym punkcie wewnątrz klosza inkubatora z noworodkiem. 4. Wyniki badań Na podstawie pomiarów potwierdzono wcześniejsze przypuszczenia, że dominującą rolę w widmie mierzonego pola magnetycznego występującego we wnętrzu klosza inkubatorów odgrywa składowa pola o częstotliwości podstawowej sieci energetycznej, tj. 50 Hz. Udział wyższych harmonicznych był pomijalny. Przeprowadzono badania rozkładu indukcji pola magnetycznego we wnętrzu pustych kloszów inkubatorów. Na ryc. 2 przedstawiono wyniki badań dla dwóch różnych typów inkubatorów. Z wykresów wynika, że rozkład pola magnetycznego we wnętrzu klosza inkubatora zależy od rodzaju grzałki i jej położenia wewnątrz obudowy inkubatora. Na podstawie przeprowadzonego monitoringu indukcji pola magnetycznego w wybranym punkcie wewnątrz klosza inkubatora z niemowlęciem wyznaczono: - wartość średnią indukcji pola (B) na poziomie 0.325 μt z odchyleniem standardowym 0.26 μt, - wartość maksymalną indukcji pola (B) na poziomie 2.050 μt, - wartość minimalną indukcji pola (B) na poziomie tła (ok.0.050 μt). Niepewność pomiarów można oszacować na poziomie 20%, przy założeniu, że nie zmieniło się położenie sondy. Wartość zbliżona do średniej jest również wartością najczęściej rejestrowaną w trakcie pomiarów. Analiza uzyskanych wyników potwierdza spostrzeżenia wstępnych obserwacji działania inkubatorów.
B [ut] 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 B [ut] 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 Ryc.2. Przykładowy rozkład indukcji pola magnetycznego na powierzchni materacyka dla dwóch różnych typów inkubatorów Ustalono, że zmiany indukcji magnetycznej pola w funkcji czasu są bezpośrednio związane z chwilową mocą grzałki inkubatora, co ilustruje zapis przedstawiony na ryc.3. Średnia moc grzałki w trakcie ustabilizowanej pracy inkubatora wynosi ok. 20-30% mocy maksymalnej. W przypadku całkowitego wyłączenia grzałki poziom indukcji spadał do poziomu tła i wynosił w punkcie pomiarów poniżej 0.1 μt. [µ T] 1,80 1,60 1,40 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 14:15 14:30 14:45 15:00 15:15 czas Rys. 3. Przebieg zmian pola magnetycznego wewnątrz klosza inkubatora w okresie jego częstego otwierania (wymuszenie pracy grzałki ze zmienną mocą) Dla porównania pomiary tła w Sali A wykazały: w środku pomieszczenia 0.05 μt, w płaszczyźnie okna 0.14 μt, przy tablicy rozdzielczej 0.44 μt natomiast w pomiary tła w Sali B wykazały w środku pomieszczenia 0.15 μt. 5. Wnioski
1. Opracowano metodę pomiaru i sondę pomiarową do badań ekspozycji noworodków na pole magnetyczne 50 Hz i jego harmoniczne występujące w inkubatorach. 2. Ustalono, że zmiany indukcji pola magnetycznego w funkcji czasu są bezpośrednio związane z chwilową mocą grzałki inkubatora. 3. Wartość średnia indukcji pola magnetycznego w trakcie monitoringu wynosiła 0.325 μt, co stanowi ok. 16% wartości maksymalnej. Literatura [1] Rozporządzenie Ministra Ochrony Środowiska z dnia 30 października 2003 r. w sprawie dopuszczalnych poziomów pól elektromagnetycznych w środowisku oraz sposobów sprawdzania dotrzymania tych poziomów. Dz. U. Nr 192, poz. 1883. [2] Ahlbom A. and others: A pooled analysis of magnetic fields and chilhood leukemia. Br. J. Cancer 2000,83,692-698. [3] IARC 2001. Monograph on static and extremely low-frequency (ELF) electric and magnetic fields. Vol. 80, 2002. [4] PN-EN 60601-2-19 wrzesień 2001. Medyczne urządzenia elektryczne. Część 2. Szczegółowe wymagania bezpieczeństwa cieplarek dla noworodków. [5] Aniołczyk H., Mamrot P., Politański P: Ocena warunków ekspozycji pacjentów, personelu medycznego i osób postronnych na pola elektromagnetyczne w diagnostyce i terapii w odniesieniu do przepisów krajowych, WHO i UE. Sprawozdanie z realizacji tematu statutowego nr IMP 18.8. Łódź, 2005.