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Oximetria de pulso (MA035)

Este artigo de 2006 é baseado na ampla documentação sobre eletrônica médica que a Texas Instruments possui. De fato, esta empresa possui uma enorme linha de produtos que permitem desenvolver equipamentos médicos muito avançados. Sugerimos visitar o site da Texas para mais informações.

Contamos atualmente com uma grande quantidade de equipamentos eletrônicos para exames, diagnósticos e monitoramento do estado de um paciente. Os equipamentos tornam-se cada dia mais elaborados, confiáveis e pelo uso de tecnologias baratas, acessíveis a todos. Nesse artigo tratamos de um equipamento de grande importância no monitoramento do estado de um paciente que é o Oxímetro de Pulso, e explicamos justamente como funciona a oximetria de pulso. Também sugerimos soluções de projetos nessa área baseadas em componentes da Texas Instruments (www.ti.com).

A oximetria de pulso consiste num método muito simples, e não invasivo, de se monitorar a porcentagem de hemoglobina que está saturada de oxigênio.

Como se sabe, o sangue carrega oxigênio para o nosso corpo através da hemoglobina. Essa hemoglobina absorve o oxigênio no pulmão e através da corrente sanguínea o transporta para todo o corpo onde ele é necessário.

Monitorando a presença de oxigênio na hemoglobina é possível saber se um paciente está vivo, sendo esse portanto um dos sinais vitais usados nas UTIs para acompanhar o estado de um paciente crítico.

Assim, nos casos em que a oxigenação do sangue de um paciente é instável, como após uma operação ou numa situação de que exija um tratamento intensivo, o Oximetro, que mede essa oxigenação consiste num equipamento importante.

Mas, não é apenas nos hospitais e clínicas que a oximetria de pulso se revela um recurso importante para o monitoramento da oxigenação de uma pessoa.

Em aeronaves, ela pode ser usado pelos pilotos para indicar um estado de despressurização, ou em qualquer outra situação em que alguém necessite de uma oxigenação suplementar.

Durante uma cirurgia ele pode ser usado para monitorar a oxigenação durante a anestesia e no caso de ventilação artificial, para doenças respiratórias, serve para monitorar o estado do paciente. Mesmo no caso de uma endoscopia, esse equipamento pode detectar problemas associados a uma hipoxia (falta de oxigenação).

 

Como funciona

Uma maneira simples de se medir a oxigenação de uma pessoa é através da mudança da transparência do sangue pela presença da hemoglobina saturada de oxigênio.

Assim, o que se faz é colocar no dedo do paciente um sensor que consiste em dois LEDs emissores, sendo um de luz vermelha (650 nm) e outro infravermelho (IR), e do lado oposto um sensor, conforme mostra a figura 1. Também existe a possibilidade de se aplicar o sensor nos lobos das orelhas, mas essa não é uma prática muito comum.

 

 

A absorção dos dois comprimentos de onda depende do grau de saturação da hemoglobina. Isso significa que medindo a intensidade da radiação dos dois LEDs que passa através do dedo é possível computar a proporção de hemoglobina que está oxigenada. O sangue oxigenado passa da cor vermelho clara para escuro e até azulado quando não saturado de oxigênio.

Como a passagem das duas radiações também é modulada pela pulsação, ou seja, pelas variações do fluxo sanguíneo, o oxímetro também pode ser usado para monitorar esse fluxo, fornecendo um gráfico, conforme mostra a figura 2.

 

 

Ligando um oxímetro a um computador é possível ter informações adicionais sobre o sistema circulatório de um paciente separando-se apenas o fluxo arterial, sem levar em conta o fluxo venoso.

Na figura 3 temos o espectro de absorção do sangue (hemoglobina) para os dois comprimentos de onda usados.

 

 

 

O Circuito Eletrônico

Um oxímetro básico consiste portanto um sistema sensor que possui dois LEDs (um vermelho e um infravermelho que focalizam sua radiação sobre um sensor (foto-diodo), capaz de responder aos dois comprimentos de onda.

O acionamento dos sensores pode ser feito de modo rápido alternado de modo que apenas um sensor é suficiente para trabalhar com os sinais, multiplexando-os numa saída.

Essa saída é aplicada a um amplificador operacional de alta estabilidade, próprio para esse tipo de aplicação, o qual deve vir calibrado de fábrica, já que se exige uma precisão dentro de 2% para a faixa de oxigenação de 70 a 100%. Lembramos que a oxigenação ideal deve ser superior a 95%.

Quando a oxigenação cai abaixo de 90% muitos os oximetros devem ter seu ganho aumentado e além disso disparar um alarme.

O sinal do amplificador será enviado a um microprocessador que vai converter esse sinal para a forma digital de modo que ele possa ser aplicado a um display ou interfaceado a um computador ou outro equipamento, além de fornecer saídas (I/O) acionando alarmes ou outros recursos que possam ser necessários à aplicação.

É claro que também devem ser levados em conta os casos em que o oxímetro não indica problemas que podem ocorrer com um paciente.

Um deles ocorre em relação ao nível de CO2 no sangue, que não pode ser detectado por esse tipo de equipamento.

 

Soluções para projetos

A Texas Instruments (www.ti.com) possui na sua linha de produtos, componentes que são especialmente indicados para aplicações médicas, No documento "Information for Medical Applications" que pode ser baixado no site da empresa encontramos um exemplo de aplicação para Oximetria de Pulso, utilizando o IVC102 para amplificação do sinal do foto-diodo, podendo ser usados dois para o caso de sensores separados (caso em que a multiplexação não é feita).

Na figura 4 temos o diagrama de um circuito de entrada típico de um oxímetro sugerido pela Texas Instruments.

 

 

As formas de onda obtidas nesse circuito a partir do foto-diodo sensor são mostradas na figura 5.

 

 

 

Esse amplificador possibilita a utilização de um circuito de amostragem sincronizado numa freqüência múltipla da linha de corrente alternada, o que ajuda na rejeição de ruídos.

Um outro circuito sugerido pela Texas Instruments para essa aplicação é mostrado na figura 6.

 

 

Esse circuito se caracteriza pelo uso de dois amplificadores operacionais constantes de um OPA380 e utiliza alimentação simples de 5 V.

No projeto de equipamentos desse tipo deve ser levados em conta alguns desafios dado o tipo de sinal com que se trabalha. Os amplificadores de transimpedância usados devem ter baixa corrente de polarização de entrada em toda faixa de temperaturas de trabalho, baixa capacitância de entrada em relação à capacitância do fotodiodo; alto produto ganho-faixa passante, baixo ruído de tensão e para máxima precisão não deve haver desvio de características na faixa de temperaturas de operação.

 

Conclusão

A disponibilidade de componentes que facilitam o projeto desse tipo de equipamento os torna acessíveis ao desenvolver que pretende criar seu próprio produto nessa área. Empresas como a Texas Instruments possuem além de ampla documentação, um suporte técnico que pode ajudar os interessados. Acesse www.ti.com/sc/brasil/index.htm

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