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PROCAD UFPB/UFBA/UFMA/UFPA PROCAD UFPB/UFBA/UFMA/UFPA Introdução a Instrumentação Biomédica TRANSDUTORES DE FLUXO SANGUINEO.

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1 PROCAD UFPB/UFBA/UFMA/UFPA PROCAD UFPB/UFBA/UFMA/UFPA Introdução a Instrumentação Biomédica TRANSDUTORES DE FLUXO SANGUINEO

2 O Sistema Circulatório A circulação tem basicamente a função de atender às necessidades dos tecidos. Conceitos Importantes: Artérias: Transportam o sangue sob alta pressão até as veias; Arteríolas: atuam como válvulas de controle;

3 O Sistema Circulatório Capilares: realizam trocas de líquidos e outras substâncias entre o sangue e o líquido intersticial; Vênulas: coletam sangue dos capilares; Veias: funcionam como condutos para o transporte de sangue dos tecidos de volta para o coração.

4 O Sistema Circulatório Características Físicas do Sangue: É um líquido viscoso composto de células e plasma; O plasma faz parte do líquido extra celular; A viscosidade depende diretamente do hematócrito(quantidade do sangue composta de células).

5 O Fluxo Sanguíneo Def.: É a quantidade de sangue que passa por um determinado ponto da circulação num dado período de tempo, normalmente expressa em mililitros ou litros por minuto.

6 O Fluxo Sanguíneo Na equação ao lado: Q é o fluxo sanguíneo; P1 e P2 são as pressões nas extremidades da seção do vaso considerado; R é a resistência vascular que impede o sangue de fluir através do vaso;

7 O Fluxo Sanguíneo Observemos com atenção o fato de que quem determina a taxa de fluxo não é a pressão absoluta no vaso mas sim o gradiente de pressão entre as duas extremidades.

8 O Fluxo Sanguíneo Fluxo Laminar; Fluxo Turbulento.

9 O Débito Cardíaco (DC) Def.: Quantidade de sangue bombeada por cada ventrículo do coração num período de tempo; Assim, a medida do fluxo sanguíneo seria portanto a medida do débito cardíaco; Depende da superfície corpórea do paciente; Valores típicos do DC( Decrescem com a idade do paciente): Homem: 6,0 l/min; Mulher: 5,0 l/min;

10 Caracterização Desejável para uma Metodologia de Medida de Fluxo Sanguíneo e / ou Monitoração de Pacientes: Rápida e fácil execução; Os resultados obtidos precisam ser confiáveis e reproduzíveis; O paciente não pode sofrer nenhum dano físico quando submetido ao método bem como não deve sofrer reações indesejáveis; Complicações de ordem anestésica e cirúrgica devem ser evitadas;

11 Método de Diluição do Indicador por Infusão Contínua Esta metodologia não mede o fluxo sanguíneo instantâneo e sim o fluxo sanguíneo médio; Neste caso temos então : Método de Fick;

12 Método de Fick de Diluição do Indicador Técnica de Fick: Este método diz que o débito cardíaco pode ser relacionado pelo consumo temporal de Oxigênio de um paciente em função da diferença das concentrações arterial e venosa de Oxigênio. Na equação de Fick, ao lado, temos que: –V´: fluxo sanguíneo(l/min); –(dm/dt): consumo de oxigênio(l/min); –Ca: concentração arterial de de oxigênio; –Cv: concentração venosa de oxigênio.

13 Método de Fick (Oxigênio como Indicador) Neste caso, o consumo de oxigênio é medido por um espirômetro, como indicado abaixo:

14 Método de Fick ( O Oxigênio como Indicador ) A concentração arterial de oxigênio pode ser obtida a partir de uma amostra de sangue colhida em qualquer artéria o que pode ser feito a partir de um cateter a exemplo do que está ilustrado ao lado:

15 Método de Fick ( O Oxigênio como Indicador ) A Concentração Venosa de oxigênio deve ser obtida a partir de uma amostra de sangue colhida da artéria pulmonar, requerendo assim a introdução de um cateter venoso através de uma veia.

16 Método de Fick ( O Oxigênio como Indicador ) Considerações qualitativas sobe o método de Fick –Os resultados obtidos por este método são bastante confiáveis e exatos; –Requer condições fisiológicas relativamente constantes; –Requer muitos minutos para a sua execução; –Não fornece o débito cardíaco instantâneo; –Constitui um método INVASIVO;

17 Adaptações Modernas do Método de Fick NICO(Novametrix Non-Invasive Cardiac Output Monitor)

18 Método de Diluição do Indicador por Injeção Rápida Método de Diluição do Corante: Avalia o débito cardíaco a partir da curva de diluição do corante, exposta ao lado:

19 Método de Diluição do Corante Considerações acerca do método: –Qualquer ponto do sistema arterial pode ser usado para a retira da do sangue, sendo porém preferencialmente usados a artéria femoral(na coxa) ou ainda a radial( no braço); –O local para injeção do corante deve ser adequado já que este determina a forma da curva de diluição; –A passagem do indicador pelas veias provoca a dispersão da curva de diluição.

20 Método de Diluição do Corante Características desejáveis no corante utilizado: Deve ser inócuo para o paciente; A dinâmica circulatória não deve ser afetada; Deve permanecer no fluxo sanguíneo entre os locais de injeção e amostragem; Deve ser mensurável.

21 Método de Diluição do Corante Corantes mais usados: Evans Blue: Não tóxico; Seu uso por mais de oito vezes no paciente provoca descoloração da pele; Para a máxima absorção de luz, este corante possui um comprimento de onda de 620mm, acarretando assim interferência da hemoglobina na medida do débito cardíaco;

22 Método de Diluição do Corante Corantes mais usados: Cardiogreen: Não Tóxico ; Para a máxima absorção de luz, este corante possui um comprimento de onda de 805nm; É lentamente eliminado do organismo;

23 Método de Diluição do Corante O cuvette, inserido num espectrofotômetro,mede a concentração do corante a partir do princípio de absorção fotométrica, obtendo assim a curva de diluição;

24 Método de Diluição do Corante Considerações qualitativas sobre o método: –É tão exato quanto o método de Fick; –Sua execução é rápida e simples; –Apresenta o fenômeno de recirculação do corante.

25 Método da Termodiluição O princípio deste método é basicamente o mesmo do método de diluição do corante,sendo que agora o indicador é uma solução (salina)fria(soro). Neste caso o débito cardíaco pode ser avaliado segundo a expressão ao lado, na qual: –Vi = volume de soro injetado; –Tb = temperatura inicial do sangue; –Ti = temperatura inicial do soro injetado; –K = constante de correção; –Tb(t) =variação da temperatura do sangue no loca de deteção.

26 Método da Termodiluição Procedimentos para a obtenção do Débito cardíaco via termodiluição: Procedimentos para a obtenção do Débito cardíaco via termodiluição:

27 Método da Termodiluição Observações acerca dos parâmetros envolvidos na medida do débito por termodiluição: Volume do soro injetado; Temperatura inicial do sangue; Temperatura inicial do soro injetado.

28 Método da Termodiluição Considerações sobre a curva de termodiluição: –Semelhante à de diluição do corante,sem porém apresentar o segundo pico; –É obtida através de um termistor normalmente na configuração ponte de wheatstone; –Precaução com a corrente do termistor;

29 Método da Termodiluição Alguns fatores que acarretam mudanças bruscas na forma da curva de termodiluição: –Alterações abruptas na frequência cardíaca; –Padrões anormais de respiração; –Pequeno volume de soro injetado.

30 Método da Termodiluição Considerações qualitativas acerca do método: –Possibilita medidas simultâneas dos DCs direito e esquerdo; –Permite medidas frequentes já que o indicador é inofensivo; –Possui uma reprodutibilidade e exatidão comparáveis aos métodos anteriormente expostos; –Apresenta uma baixíssima recirculação do corante.

31 Método da Termodiluição Considerações qualitativas acerca do método: –Não introduz substâncias estranhas na corrente sanguínea; –Requer cateterização do coração.

32 Fluxômetro Eletromagnético Na equação ao lado: –e= Força eletromotriz induzida; –B= Densidade de fluxo magnético; –u= velocidade instantânea do fluxo passando pelo condutor; –L= Comprimento entre os eletrodos.

33 Fluxômetro Eletromagnético Para um fluxômetro ideal, considerando um campo magnético uniforme e um perfil uniforme de velocidade, teríamos então a seguinte expressão: e = Blu (considerando a ortogonalidade dos parâmteros);

34 Fluxômetro Eletromagnético Comportamento dos fluxômetros reais: –Parâmetro que quantifica a diferença entre os fluxômetros ideais e reais: A Sensibilidade do transdutor. Idealmente a sensibilidade seria 1,0 e no caso real menor que 1.0.

35 Fluxômetro Eletromagnético Fatores causadores de erros na medida de fluxo sanguíneo : –Quando a condutividade da parede do vaso é maior que a condutividade do sangue a sensibilidade do transdutor diminui; –Se há entre os eletrodos e o vaso uma fina camada de fluido, geralmente com condutividade maior que a da parede do vaso, também há um comprometimento na sensibilidade;

36 Fluxômetro Eletromagnético Fatores causadores de erros na medida de fluxo sanguíneo : –Quando o hematócrito aumenta, a condutividade do sangue diminui, reduzindo, em consequência, a sensibilidade do transdutor; –O perfil do fluxo sanguíneo, bem como a sua velocidade, interfere no resultado da medida.

37 Fluxômetro Eletromagnético As sondas utilizadas nos fluxômetros: –Característica Principal desejável: Garantir a sensibilidade do transdutor; Os eletrodos devem ter uma alta impedância, normalmente são platinizados;

38 Fluxômetro Eletromagnético Tipos de excitação do fluxômetro: –Fluxômetro DC: Há flutuações das tensões na interface do eletrodo com o vaso; Interferência do ECG, cujo espectro de frequência é semelhante ao do fluxo; O ruído do sistema de amplificação torna-se relevante para o RANGER de frequência de interesse( 0 a 30 Hz);

39 Fluxômetro Eletromagnético Tipos de excitação do fluxômetro: –Fluxômetro AC: –Embora resolva os problemas causados no fluxômetro DC, a excitação AC cria outro problema: a TENSÃO DE TRANSFORMADOR, que se soma à tensão induzida pelo fluxômetro e que, muitas vezes, é maior do que a tensão induzida; –A tensão total seria portanto: (V= Vfsenwt + Vt coswt );

40 Métodos Pletismográficos Medem variações de volume no tempo e, consequentemente, o fluxo sanguíneo. –Pletismografia de oclusão Venosa; –Pletismografia de impedância elétrica.

41 Métodos Pletismográficos Pletismografia de oclusão venosa:

42 Métodos Pletismográficos Pletismografia de oclusão venosa: –Procedimentos do Método:

43 Métodos Pletismográficos Pletismografia de oclusão venosa: Aplicações para o método: –Medida não invasiva de fluxo sanguíneo em membros ; –Caracterização de trombose venosa.

44 Métodos Pletismográficos Pletismografia de impedância elétrica: –Variações de volume num membro ou tecido devidas ao fluxo de sangue implica em variações da impedância elétrica associada.

45 Métodos Pletismográficos Após algumas deduções encontramos: Em que: – V é a variação mensurável de volume; –ρ b é a resistividade do sangue; –L é o comprimento do cilindro ; –Z=[(Z b //Z) –Z];

46 Métodos Pletismográficos Justificativas para a relação matemática entre a variação volumétrica do tecido com uma impedância elétrica associadas: –A expansão das artérias é uniforme; –A resistividade so sangue ρb não varia; –As linhas de corrente são paralelas às artérias.

47 Métodos Pletismográficos Considerações sobre a frequência de excitação: –São geralmente recomendadas freqüências na ordem de 100 kHz pois: Para um boa relação sinal/ruído são necessárias correntes maiores que 1mA; A impedância da interface entre pele-eletrodo decrescem com o aumento da freqüência; A impedância da interface entre pele-eletrodo decrescem com o aumento da freqüência; Já em freqüências maiores que 100kHz ocorre o efeito de capacitâncias indesejáveis.

48 Métodos Pletismográficos Considerações qualitataivas sobre os métodos pletismográfiacos: –São não invasivos; –Pouco exatos.

49 Transdutores Ultra-sônicos Os Transdutores ultra-sônicos medem o fluxo sanguíneo instantâneo; Esquema generalizado de um sistema ultra-sônico de medida ou monitoramento de um parâmetro:

50 Transdutores Ultra-sônicos Os Transdutores Ultra-sônicos Piezoelétricos: –Convertem energia elétrica em energia mecânica a partir de um cristal piezoelétrico; –Materiais mais usados: Titanato de Barium, Zirconato dentre outros.

51 Transdutores ultra-sônicos Comportamento de um feixe ultra-sônico: O comprimento de campo próximo é dado por: –l = r 2/ ג O ângulo θ de divergência no campo afastado é dado por: –Θ=arcsen(0,61ג/r) Com: r = raio do transdutor; ג = comprimento de onda;

52 Transdutores ultra-sônicos O princípio do fluxômetro ultra-sônico Doopler

53 Transdutores ultra-sônicos Cálculo do deslocamento de Frequência Doopler:

54 Transdutores ultra-sônicos Cálculo do deslocamento de Frequência Doopler: –Consideremos os seguintes parâmetros para a ilustração anterior: fs = frequência da fonte ultrasônica; C = velocidade do som; V = velocidade do sangue; Θ = ângulo que o cristal piezoelétrico faz com o eixo do fluxo sanguíneo; (C -Vcos Θ) = velocidade relativa do som em relação à fonte quando o som é emitido na direção contrária ao fluxo; (C+Vcos Θ) = velocidade relativa do som em relação à fonte quando o som é dirigido na mesma direção do fluxo;

55 Transdutores ultra-sônicos Se ג é comprimento de onda que é o mesmo nos dois casos, podemos dizer que: – ג= (C -Vcos Θ) / fs = (C+Vcos Θ) /fr; = (C+Vcos Θ) /fr; –Resolvendo esta equação para fr e encontrando f(deslocamento de frequência Doopler), obtemos a expressão final para f: –Considerando, para tal, que: C>>V

56 Modos de visulização dos Tecidos:

57 Conclusões Abrangência do assunto abordado; Cada um dos métodos abordados merece um estudo detalhado, especialmente a metodologia ultrasônica; Considerações sobre a Radioisotopia;

58 Bibliografia GUYTON, Arthur C. Tratado de Fisiologia Médica. 8.ed. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, p. AKAY, M; DEUTSCH, S; WELKOWITZ, W. Biomedical Instruments. 2.ed. San Diego:Academic Press, p. BRONZINO, Joseph D. Biomedical Engineering and Instrumentation. 1.ed. USA: PWS Publishers, 481p.


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