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Projeto de Instrumentação Biomédica II Bruno Otilio Lucas Shinoda

Projeto de Instrumentação Biomédica II

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Projeto de Instrumentação Biomédica II

Bruno Otilio Lucas Shinoda

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Sumário

• Aparelho • Importância clínica • Modelagem

Matemática Computacional

• Simulação • Conclusão • Referências

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Aparelho ECMO (Extra-Corporeal Membrane Oxygenation)

Overview • Suporte de vida • O circuito permite a oxigenação e remoção de CO2 do

sangue • Usado em casos em pacientes com auto risco de vida e em

cirurgia cardíaca específicas.

História • 1974 - Usado em um feto com Meconium Aspiration Sysdrome (MAS) • Bartlett mostrou a eficiência, mas a metodologia foi criticada • 1993 - 1995, debates sobre a relação ECMO vs cuidados convencionais • 1972 - Primeiro sobrevivente do método. Paciente se recuperou de uma falha

respiratória traumática • 1986 - Gattinoni usou técnica de remoção de CO2, aumentando à taxa de

sobrevivência, porém ainda com muita perda de sangue.

Tipos • VV = veno-venous • VA = veno-arterial • Vena-Pulmonary artery ECMO

lifeinthefastlane.com/ccc/ecmo

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Aparelho

lifeinthefastlane.com/ccc/ecmo

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Aparelho

Hospital de Santa Cruz

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Aparelho

Obtido em MedLinePlus

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Imagens fortes…

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Vias de acesso

Obtido por Royal North Shore Hospital & UTS

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Importância Clínica

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Objetivo

“Modelar um aparelho de Circulação extra-corpórea (CEC) e Medidor de pressão IV”

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Modelagem Corpo humano

Aparelho

resistência arterial

Conservação de massa -> Volume

Step function

Pressão

Xiaopeng Bi

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Informações da literatura

R = (P-Po)/Q

Q = Fluxo laminar

n = 4*10^-3 Pa.s

Q = 5l/min

Q = 0.83*10^-4(m^3/s)

P-Po = 90 mmHg (min)

MedLine

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Simulink Corpo humano

Gain box de H1

Gain box de 1/R2 dh1/dt H1

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Gain box de h1/h2

Simulink Aparelho

dh2/dt H1dv2/dt alimenta o

sistema de V1

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Simulink Foi realizado a

operação produto para calcular o volume em

relação ao tempo (dvx/dt) e o volume final

(V1 e V2). Para tal, à altura do sistema foi multiplicada pela sua respectiva área (A1 e

A2) resultado no volume. Operação

mostrada pelo circulo pontilhado.

Vx = AxHx

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Resultado e Discussão

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Resultado e Discussão

Um dos objetivos da modelagem foi atingir homeostase fisiológica; 5L de sangue em um adulto saudável e um fluxo (dv/dt) que seja de acordo com as normas técnicas para proporcionar um tratamento adequado ao paciente. Mesmo com variação de fluxo, o volume

total não sofreu variações bruscas.

0.5*10^-9(m^3/s) <= Qadequado <= 0.83*10^-4(m^3/s)

Q = 7*10^-8 (m^3/s)

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Resultado e Discussão

O ECMO modelado tem capacidade máxima de 2L com +- 60ml. Ao atingir o equilíbrio, dv2/dt se aproximou de dv1/dt. A modelagem de controle de temperatura e pressão também

obtiveram resultados satisfatório. Seguiu-se recomendações da OMS de valores adequado. Diferente do ECMO modelado,

foi usado uma TF com valores teóricos para tal.

Q = 6,3*10^-8 (m^3/s)

TF = transfer function.

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Conclusão • Modelagem matemática foi satisfatória para representação do

sistema; • A homeostase foi alcançada em ambos sistemas; circulação

sanguínea e PAIV; • Mesmo com variações de entrada (fluxo) a homeostase foi

atingida. • Um fator que deve ser aprimorado é a eficiência de retornar o

sistema ao equilíbrio (feedback), ou seja, em poucos segundos o aparelho deve ajustar os parâmetros pré-definidos, mesmo com variações grandes de entrada.

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Referência Modelagem

Fluid Level system Simulink Simulation. Disponível em https://www.youtube.com/watch?v=_ArNuGTimyE

Teoria ECMO

https://www.nicklauschildrens.org/medical-services/pediatric-critical-care-medicine/extra-corporeal-membrane-oxygenation/what-is-ecmo

http://lifeinthefastlane.com/ccc/ecmo/

http://www.elso.org/resources/Guidelines.aspx

Flow in pipe - diameter, velocity, Reynolds number, Bernoulli equation, friction factorPapers and booksJ.T. Han; A fluid Mechanics Model. Disponível em http://web.ornl.gov/info/reports/1978/3445605514324.pdf L. Davidson; Fluid mechanics, turbulent flow and turbulence modeling Disponível em http://www.tfd.chalmers.se/~lada/postscript_files/solids-and-fluids_turbulent-flow_turbulence-modelling.pdf M. Heidelberger; Models in Fluid Dynamics. Disponível em http://philsci-archive.pitt.edu/2112/1/Heidelberger_Models_in_Fluid_Dynamics_corrected.pdf

Sites: http://www.efm.leeds.ac.uk/CIVE/FluidsLevel1/Unit04/T4.html http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/pber.html http://www.pipeflowcalculations.com/pipe-valve-fitting-flow/flow-in-pipes.php

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Obrigado!