instrumentação biomédica apresentação e definição das aulas henrique quintino joão salinet...
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Instrumentação Biomédica
Apresentação e definição das aulas
Henrique QuintinoJoão Salinet
Definição dos temas
Caracterização da instrumentação biomédica
Caracterização dos sinais biomédicos Amplificadores de instrumentação Desfibriladores e Cardioversores Estimuladores elétricos Mapeamento eletroanatômico
Definição dos temas
Ultrassom Equipamentos de Raios X e Tomografia
Instrumentação em citometria
Instrumentação em Imagens Médicas Gerenciamento de Equipamentos Médicos Normatização para Comércio e Circulação
de Equipamentos Médicos
Aulas e Avaliações
Prova individual: 18-11 Apresentação dos seminários (duplas)
25/11 e 02/12 (Ver data final) Entrega das apresentações Todos os grupos em 24/11
Nota final = 0,6*PI + 0,4*AS 10,0 A > 8,75 D < 6.25 8,75 B > 7,50 E não comparece 7,50 C > 6,25
Avaliações
Apresentação dos seminários (duplas) Escolher um artigo científico dos últimos 2
anos que trate de uma proposta de equipamento médico.
O equipamento deve ser fruto de uma inovação ou invenção que ainda não esteja no mercado.
Instrumentação Biomédica
Visão Geral da Instrumentação
Henrique QuintinoJoão Salinet
Variável a ser medida
Quantidade, condição ou propriedade física que é medida pelo sistema de instrumentação. As variáveis podem ser:
Internas: requerem métodos invasivos para medição direta (Ex.: hormônio, débito cardíaco)
Externas: podem ser medidas não invasivamente (exemplo: potenciais bioelétricos de superfície, RM);
Mas, e os Raios X?
Variável a ser medida: agrupadas em 9 categorias
Potencial bioelétrico (EEG, ECG, EOG, EMG, ERG, etc.);
Pressão (arterial, intraocular, intracraniana); Deslocamento (velocidade, aceleração, força →
musculatura esquelética); Impedância elétrica (impedância transtorácica); Temperatura (corpórea, timpânica); Concentrações químicas (gasometria, dosagem de
hormônios, colesterol); Dimensões (antropometria, fetal, ortopedia)
Imagens; Fluxo (sangue, urina, ar); Quantidades e morfologias: Células
Variável a ser medida: Como medir?
Transdutor: elemento sensor primário e elemento de conversão: converte uma forma de energia em outra:
Requisitos:Responde somente à variável medida;Não altera o estado da variável;
Pode ser: mecânico, óptico, eletrônico...
Variável a ser medida: Transdutor
Transdutor gerador usa a energia da variável a ser medida para produzir o sinal de saída (simples, mas pode comprometer as características do sinal).
Transdutor modulador usa uma fonte de energia externa modulada pela variável a ser medida para produzir o sinal de saída (mais complexo).
Exemplo: célula fotoelétrica (gerador); fototransistor (modulador).
Variável a ser medida: Como apresentar?
Processamento do sinal:Amplificar, filtrar, retificar, digitalizar...: Trata e converte a informação emitida pelo Transdutor, para apresentá-la ou controlar um dispositivo ou emitir um alarme.
Apresentação dos dadosInterface entre o processamento e o operador ou avaliador
Variável a ser medida: O que fazer com a leitura?
Armazenamento:Registro, acompanhamento, auditoria, novas análises (processamento futuro).Onde? Como?
Transmissão dos dados:Fibras, cabos, ondas eletromagnéticas
Para: realimentação, controle, monitoramento remoto, telemedicina, segurança, ...
Fontes de Alimentação
Provê energia para toda a instrumentação
Deve atender aos requisitos de:1) Autonomia;2) Capacidade de fornecimento;3) Peso;4) Ripple, flutuação, ruídos;5) Segurança elétrica6) Compatibilidade eletromagnética
Modo de operação dos instrumentos
Invasivosmedida direta que requer procedimento cirúrgico e ambiente controlado. Ex.?
Não invasivos: preferíveismedida direta ou indireta. Nas medidas indiretas normalmente há maior custo e complexidade... Ex.?
Modo de operação dos instrumentosO que considerar?
Controle da amostragem Faixa de freqüência do objeto Tipo de transdutor: gerador ou modulador Analógico, digital ou misto Restrições das variáveis biológicas
Modo de operação dos instrumentosO que considerar?
O Coração
O Coração
O coração: Bomba Muscular Pulsátil Unidirecional Dupla que trabalha em Dois Tempos
Bomba Muscular Pulsátil: função de manter ativamente o fluxo sanguíneo como principal mecanismo de transporte de substâncias por todo o corpo. O fluxo é exercido no momento da contração das câmaras, e portanto não é contínuo e sim pulsátil.
O Coração
Bomba Dupla: duas bombas distintas e análogas, que funcionam de forma síncrona: o coração direito e o esquerdo. O primeiro é responsável pelo fluxo coração-pulmões. O segundo pela circulação em todo o corpo, inclusive no próprio coração.
Bomba Unidirecional: cada câmara tem válvulas que impedem o refluxo do sangue, garantindo sentido único na circulação. As válvulas para baixa pressão estão nas saídas do átrio direito (tricúspide), do ventrículo direito (pulmonar) e do ventrículo esquerdo (aórtica). A maior pressão é na saída do átrio esquerdo (válvula mitral).
O Coração
Bomba em Dois Tempos: os dois lados são formados por câmara superior (átrios) e inferior (ventrículos) que funcionam alternadamente. A contração dos átrios leva ao enchimento dos ventrículos, responsáveis pela atividade bombeadora principal. A fase de repouso dos músculos das câmaras é a DIÁSTOLE e a contração é a SÍSTOLE.
Sinais elétricos do coração
Normal
Taquicardia
Batimento prematuro Extra-sistole
Sinal do Átrio não chega ao ventrículo
Fibrilação ventricular
Infarto do Miocárdio
Biosinais e sua amplificação
Tipo de Derivação Eletrodos usados Definição
Bipolares ou derivação de membros(Einthoven 1895 e 1901)
LA, RA, LL, RLI = LA – RAII = LL – RAIII = LL – LA
Aumentadas(Goldberg, 1942)
LA, RA, LL, RLaVR = RA – ½ (LA + LL)aVL = LA – ½ (LL + RA)aVF = LL – ½ (LA + RA)
Unipolares precordiais(Wilson, 1932)
V1, V2, V3, V4, V5, V6
V1 = v1 – (RA + LA + LL)/3V2 = v2 – (RA + LA + LL)/3V3 = v3 – (RA + LA + LL)/3V4 = v4 – (RA + LA + LL)/3V5 = v5 – (RA + LA + LL)/3V6 = v6 – (RA + LA + LL)/3
As Derivações do ECG
LA = braço esquerdo; RA = braço direito; LL = perna esquerda, RL = perna direita.
As Derivações
As Derivações
aVR
As Derivações unipolares
Parâmetros do ECG comercialPARÂMETRO ESPECIFICAÇÃO
Eletrodos disponíveis RA, LA, LL, RL, V1 a V6
Derivações I, II, III, aVR, aVL, aVF, V1 a V6
Impedância de entrada > 2,5 M a 10 Hz
Ganho total 20, 10 e 5 mm/mV
Faixa de passagem0,01 – 150 Hz (diagnóstico)0,5 – 40 Hz (monitoramento)
Ruído < 40 V pico-pico
Rejeição de modo comum 120 dB
Linearidade melhor que 5%
Proteção (sobretensão) 5 kV (desfibrilador)
Corrente de fuga < 10 A
Eletrocardiógrafo
Amplifica as diferenças de potenciais na pele do paciente (oriundas da atividade elétrica do coração);
Apresenta o sinal devidamente processado ao operador na forma de registro;
Rejeitar interferências fisiológicas e do ambiente;
Informar outros parâmetros relevantes (frequência cardíaca, tendências) e associar-se a outros equipamentos (monitor);
Diagrama em bloco do ECG completo
EletrodosEletrodos
Seletor de DerivaçãoSeletor de Derivação
Detetor de Falha de
Derivação
Circuito de Proteção
Circuito de Proteção
Calibração
Rejeição de marca-passo
Restauração de Linha de Base
MicroprocessadorMicroprocessador
CardiotacômetroCardiotacômetro
Programa de Análise de ECG
Programa de Análise de ECG
Circuito de Isolação
Circuito de Isolação
Marcador de Eventos
Display do OperadorDisplay do Operador
RegistradorPré Amplif.
Amplif. Driver
TecladoTeclado
Conversor A/DConversor A/D
Medidor de RespiraçãoMedidor de RespiraçãoMemóriaMemória AlarmesAlarmes
Interferências no ECG
Fontes Biológicas e Artefatos:
Potenciais de pele: a interface pele-gel-eletrodo pode acumular potenciais de 25 mV. Podem ser reduzidos pela raspagem ou punção da pele. Os potenciais CC são eliminados pelos filtros.
Artefatos de movimento: são sinais produzidos pelo movimento relativo pele-eletrodo, com modificação da linha de base ou ruído no traçado, dificultando a sua interpretação.
Interferências no ECG
Ruído muscular: potenciais de ação da musculatura esquelética (EMG) têm mesma amplitude do ECG, mas com frequência maior. São resolvidos com filtro passa-baixas, colocação adequada dos eletrodos e repouso do paciente.
Interferências Ambientais:
Rede de 60 Hz: interferência por acoplamento capacitivo e indução eletromagnética. Reduz-se pela blindagem aterrada dos cabos das derivações e redução do laço de captação eletromagnético.
Interferências no ECG
Artefatos de movimento
Variação Linha de base
Ruído Muscular
Interferência da rede (60Hz)
Desfibriladores e Cardioversores
Desenvolvidos pelo Dr. Michael Mirosvky, são aperfeiçoados desde 1980.
A central de processamento fica sob a pele e próxima do coração.
O eletrodo é implantado no ventrículo direito, através da aurícula direita.
O aperfeiçoamento consiste em: Diminuir o tamanho; Aumentar a vida útil; Melhorar os métodos de análise e atuação; Incorporar rotinas de ajustes e auto-ajustes.
Desfibriladores – Cardioversores
Fibrilação: perda do controle do ritmo cardíaco. Contrações desordenadas das fibras cardíacas, sem a realização da contração do coração.
Causa: Qualquer problema na despolarização das células cardíacas.
Correção: Realizar a despolarização forçada por descarga elétrica.
Desfibriladores – Cardioversores
Os desfibriladores podem ser de dois tipos
Internos: fica próximo ao coração. Avalia as arritmias e atua para corrigi-las antes do ataque.
Externos: são usados após a ocorrência do ataque cardíaco na tentativa de reestabelecer o comportamento normal do coração.
Desfibriladores – Cardioversores
Os desfibriladores podem atuar como:
Monofásicos: Choque de corrente
continua unipolar (uma direção).
Aplica uma dose de 360 a 400 J.
Desfibriladores – Cardioversores
Os desfibriladores podem atuar como:
Bifásicos: Choque de corrente
continua Bipolar (duas direções).
Aplica uma dose de 200 J.
Desfibriladores – Cardioversores
Desfibrilador Interno
Desfibriladores – Cardioversores
Desfibrilador Externo
Desfibriladores – Cardioversores
Desfibrilador Externo Automático
Desfibriladores – Cardioversores
Riscos: Durante a utilização
Explosão e incêndio: ambiente ao redor Choque elétrico, descarga do equipamento; Danos ao equipamento; Baterias defeituosas ou não recarregáveis; Interferência eletromagnética por RF; Compatibilidade Eletromagnética; Uso em temperaturas extremas;
Normatização
A norma NBR-IEC 60601-2-25:2001 regulamenta os aspectos particulares de segurança dos eletrocardiógrafos,
A norma NBR-IEC 60601-2-27:1997 faz o mesmo para monitores cardíacos.
Ambas as normas estão sob as exigências da norma geral NBR-IEC 60601-1-1:2004, que regulamenta os aspectos de segurança em todos os Equipamentos Médico-Hospitalares.