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Oxímetro de Pulso

- IntroduçãoO oxímetro de pulso é um equipamento médico que provê a informação sobre o número de batimentos do coração e a taxa de oxigenação do sangue através de um método não invasivo.

O oxímetro de pulso é usado no combate a hipoxemia, pois ele reflete as mudanças da saturação de oxigênio na hemoglobina, já que a hipoxemia pode ocorrer a qualquer momento em pacientes, com quadro clinico que necessita de cuidados especiais com a ventilação.

- Aplicações do aparelho

O método de leitura de SpO²(saturação pulsátil de oxigênio) tem visíveis vantagens da monitorização contínua, não invasiva e fácil de manusear, reduzindo o número de amostras sanguíneas, e também reduzindo custo.

Isto faz do Oxímetro de Pulso um aparelho indispensável à monitorização de qualquer paciente.

Além da possibilidade de se obter um dispositivo com grande portabilidade permitindo o seu uso em ocasiões especiais como por exemplo, durante viagens aéreas e no trabalho de mergulhadores.

- Definição do Problema

A saturação do oxigênio no sangue é uma informação importante para que o médico possa tomar decisões na conduta a executar.

No passado, esta informação era somente possível de se conseguir mediante a utilização de um método chamado gasometria, método este que é invasivo, doloroso e intermitente.

Com o aprimoramento da tecnologia surgiu um método não invasivo, contínuo e indolor, chamado oximetria de pulso baseado na utilização da luz para a leitura da saturação de oxigênio do sangue.

O oxigênio dissolvido no plasma representa de 1 a 5% de todo oxigênio carregado pelo sangue, o restante 95 a 99% é transportado pela hemoglobina (glóbulo vermelho) até a célula.

A hemoglobina disfuncional é aquela que não transporta oxigênio (carboxihemoglobina e metahemoglobina), e a hemoglobina funcional é aquela que transporta oxigênio, que quando completamente carregada de oxigênio (4 moléculas de O2), chama-se oxihemoglobina.

A saturação funcional é a proporção de oxihemoglobina entre todas as hemoglobinas funcionais. Os Oxímetros de Pulso medem a saturação funcional.

A oximetria de pulso utiliza o processo tecnológico de espectrofotometriapara, com as informações de pulsação no leito vascular e transmissão ou absorção de luz, fazer o cálculo da saturação de oxigênio da hemoglobina no sangue arterial.

- Princípio Científico

O princípio de leitura leva em conta o comportamento da hemoglobina quando incide luz de comprimentos de onda diferentes (vermelho e infravermelho), e a relação de energia luminosa absorvida pela hemoglobina que é distinta quando está saturada (oxihemoglobina) e quando está insaturada (ausente de moléculas de O2).

Da relação entre a energia luminosa absorvida dos comprimentos de onda vermelho e infravermelho, dá se o valor da saturação da hemoglobina no sangue arterial.

A tecnologia aplicada no oxímetro de pulso baseia-se na aplicação de um sensor para detectar a pulsação do corpo vascular. O sensor contém duas fontes de luz e um fotodetector, que é usado para medir o quanto de oxigênio está combinado com hemoglobina.

A variação do sinal é somente promovida pela característica de absorção da luz vermelha e infravermelha da hemoglobina oxigenada e desoxigenada, pois a hemoglobina oxigenada absorve mais luz infravermelha e permite mais luz vermelha atravessar, e a hemoglobina desoxigenada absorve mais luz vermelha e deixa passar mais luz infravermelha.

A taxa da quantidade de luz que cada fonte sensibiliza o fototransistor/fotodiódodurante a sístole e a diástole é transformada na medida de oxigenação do sangue.

Basicamente oxímetros podem disponibilizar a informação sobre a saturação de oxigênio e consequentemente a freqüência cardíaca.

- Princípio da Oximetria

A espectrofotometria é o método de análises óptico mais usado nas investigações

biológicas e fisico-químicas.

É uma ferramenta que permite comparar a radiação absorvida ou transmitida por uma solução que contém uma quantidade desconhecida de soluto, e uma quantidade conhecida da mesma substância.

Todas as substâncias podem absorver energia radiante, mesmo o vidro que parece completamente transparente absorve comprimentos de ondas que pertencem ao espectro visível. A água absorve fortemente na região do infravermelho. A absorção das radiações ultravioletas, visíveis e infravermelhas depende das estruturas das moléculas, e é característica para cada substância química.

A cor das substâncias se deve a reflexão de certos comprimentos de ondas da luz branca que incide sobre elas, deixando transmitir aos nossos olhos apenas aqueles comprimentos de ondas não absorvidos.

- A Lei De Beer-Lambert

Diversas substâncias e misturas absorvem luz ultravioleta (UV) ou visível (Vis.) permitindo parte da luz atravessar ou não esta substância.

A figura abaixo mostra um feixe de radiação monocromática de potência radiante Po, atravessando uma amostra de solução.

Ao atravessar a amostra, parte da energia luminosa é absorvida e o feixe de radiação que deixa a amostra terá então potência P.

A quantidade de radiação absorvida pode ser medida de diversas formas:

Transmitância,

Tr = P/p0

Absorbância,

A = log10(p0/p)

A = log10(1/Tr)

A lei de Beer–Lambert é uma relação linear entre a absorbância e concentração de uma onda eletromagnética absorvida. Ou seja, é a relação existente entre a absorção da luz e as propriedades do meio pela qual ela trafega, e resulta na seguinte equação :

SPO²% = A – B * ε

A e B são valores de calibração do oxímetro e iguais a 110 e 25 respectivamente eε é a absorbitividade molar ou também chamada de “razão”.

Ela é a relação entre as componentes AC e DC das luzes vermelha e infravermelha, e é definida por :

R = Ln( (maxR) / (minR) ) / Ln( (maxIR ) / (minIR) )

Onde, maxR e minR são as componentes de pico e vale da onda segundo a luz vermelha, respectivamente;

maxIR e minIR são as componentes de pico e vale da onda segundo a luz infravermelha, respectivamente.

Este método de obtenção do valor de R é chamado de “Método do pico e do vale”.

Portanto, a oxigenação do sangue pode ser facilmente obtida encontrando a relação entre as componentes AC da corrente induzida no fotodiódo.

Relação saturação de oxihemoglobina x R

Circuito

• Protoboard

• Resistores

• 1 led infravermelho

• 1 led vermelho

• 1 foto receptor

• Conector DB 25 (Transmissão de dados)

• Conector USB (Alimentação)

Comunicação

• Transmissão de dados via porta paralela por pino de Status, lidos por código assembly

_DX = Endereço

asm {

in al, dx;

mov ah, 0x00

}

return (_AX);

Dificuldades encontradas

• Devido a radiação elétrica do ambiente e a iluminação do mesmo, atrelado a sensibilidade do fotodiodo e do comprimento de onda de seus emissores de luz (IR e Vermelha), o resultado não possui uma máxima precisão comparado aos equipamentos comerciais, que podem ser encontrados no mercado por +- R$ 1200,00.

Aprimoramentos

• A utilização de foto emissores com comprimento de onda 640nm (Vermelho) e 910nm (IR), quatro camadas de filtro por amplificadores operacionais, retirando assim boa parte do ruído causado pelas interferências externas.

• A utilização também de microcontrolador, automatizando boa parte do circuito além da prória conversão interna AD.