Upload
wilson-figueira-gil
View
228
Download
11
Embed Size (px)
Citation preview
PEB/COPPE/UFRJPEB/COPPE/UFRJ
Oxímetros de PulsoOxímetros de Pulso
Angelo Bernardo Brasil de SouzaAngelo Bernardo Brasil de SouzaFabiana Silva dos SantosFabiana Silva dos Santos
PEB/COPPE/UFRJPEB/COPPE/UFRJCOB 783COB 783
Medição de Fenômenos BiológicosMedição de Fenômenos Biológicos
PEB/COPPE/UFRJPEB/COPPE/UFRJ
IntroduçãoIntrodução HistóricoHistórico
- 1940: Medidas de saturação arterial de oxigênio → Têmpora;1940: Medidas de saturação arterial de oxigênio → Têmpora;
- 1960: LEDs e fotodiodos; Oxímetro intravascular 1960: LEDs e fotodiodos; Oxímetro intravascular Polanyi et alPolanyi et al;;
- 1970: Avanço da oximetria → Surgimento de diversos problemas;1970: Avanço da oximetria → Surgimento de diversos problemas;
- 1980: Oximetria óptica convencional + Pletismografia = Oximetria de 1980: Oximetria óptica convencional + Pletismografia = Oximetria de pulso.pulso.
PEB/COPPE/UFRJPEB/COPPE/UFRJ
Tipo de SensorTipo de Sensor Sensor óptico;Sensor óptico; Vantagens;Vantagens; Componentes: Componentes:
‒ Fonte de luz ou componente emissor luz (LED); Fonte de luz ou componente emissor luz (LED); ‒ componente detector de luz (fotodiodo ou fotosensor).componente detector de luz (fotodiodo ou fotosensor).
Fonte de luz
Modo de interação
Elemento fotosensor
LED TransmissãoReflexão
Fotodiodo
PEB/COPPE/UFRJPEB/COPPE/UFRJ
ConstituintesConstituintes
LEDLED- LLight ight EEmitting mitting DDiodeiode ou ou
DDiodo iodo EEmissor de missor de LLuz;uz;- Diodo semicondutor;Diodo semicondutor;- Luz monocromática.Luz monocromática.
PEB/COPPE/UFRJPEB/COPPE/UFRJ
Constituintes Constituintes O LED como um semicondutor:O LED como um semicondutor:
- Banda de valência → Ocupada por elétrons;Banda de valência → Ocupada por elétrons;
- Banda de condução → Vazia;Banda de condução → Vazia;
- Perda de energia → Fótons;Perda de energia → Fótons;
- Adição de impurezas → Dopagem;Adição de impurezas → Dopagem;
- 2 tipos de semicondutores: 2 tipos de semicondutores: - tipo-p (impureza doadora) e tipo-n (impureza aceitadora).tipo-p (impureza doadora) e tipo-n (impureza aceitadora).
PEB/COPPE/UFRJPEB/COPPE/UFRJ
ConstituintesConstituintesLEDLED
- Arsenieto de gálioArsenieto de gálio(GaAs):(GaAs): - Radiação infravermelha (700 Radiação infravermelha (700 m – 1 mm);m – 1 mm);- Se dopado com fósforo → Luz visívelSe dopado com fósforo → Luz visível
- Vermelho (630 – 780 Vermelho (630 – 780 m);m);- Amarelo (565 – 590 Amarelo (565 – 590 m).m).
- Fosfato de gálioFosfato de gálio (GaP) (GaP) - Se dopado de nitrogênio: Se dopado de nitrogênio:
- Verde (490 – 565 Verde (490 – 565 m);m);- Amarelo (565 – 590 Amarelo (565 – 590 m).m).
PEB/COPPE/UFRJPEB/COPPE/UFRJ
Modos de captação da luzModos de captação da luz Classificação dos oxímetros→ Captação da luz:Classificação dos oxímetros→ Captação da luz:
‒ Transmissão ou espalhamento;Transmissão ou espalhamento;‒ Reflexão ou retroespalhamento.Reflexão ou retroespalhamento.
PEB/COPPE/UFRJPEB/COPPE/UFRJ
Absorção da luzAbsorção da luz- Absorção → Comprimento de onda dependente;Absorção → Comprimento de onda dependente;
- Hemoglobina (Hb):Hemoglobina (Hb):- Maior absorção: 450 a 550 nm;Maior absorção: 450 a 550 nm;- Menor abosrção: 600 a 1000 nm.Menor abosrção: 600 a 1000 nm.
- Oxiemoglobina (HbOOxiemoglobina (HbO22) X Hb: ) X Hb: - HbOHbO2 2 →→ 660nm 660nm →→ menor absorção. menor absorção.
PEB/COPPE/UFRJPEB/COPPE/UFRJ
Espectro de absorçãoEspectro de absorçãoHbOHbO2 2 X HbX Hb
PEB/COPPE/UFRJPEB/COPPE/UFRJ
Modos de captação da luzModos de captação da luz Constante macroscópica de absorção do sangueConstante macroscópica de absorção do sangue
Sendo:Sendo:‒ σσoo é a secção de choque de absorção para a HbO;é a secção de choque de absorção para a HbO;
‒ σσrr é a secção de choque de absorção para a Hb;é a secção de choque de absorção para a Hb;
‒ SOSO22 é a saturação de O é a saturação de O2 2 no sangue;no sangue;‒ H/VH/V é a concentração de hematócritos no sange. é a concentração de hematócritos no sange.
)1( 22 SOSOVH
VHK rob
PEB/COPPE/UFRJPEB/COPPE/UFRJ
Modos de captação da luzModos de captação da luz Constante macroscópica de espalhamentoConstante macroscópica de espalhamento
Sendo:Sendo:‒ σσss = = σσss
++ + + σσss-- é a secção de choque de espalhamento; é a secção de choque de espalhamento;
‒ HH é o percentual de homogeneidade; é o percentual de homogeneidade;‒ SOSO22 é a saturação de O é a saturação de O2 2 no sangue;no sangue;‒ H/VH/V é a concentração de hematócritos no sange. é a concentração de hematócritos no sange.
VHS sb H
VHHSS sbb 11'
PEB/COPPE/UFRJPEB/COPPE/UFRJ
Elemento FotosensorElemento FotosensorFotodiodoFotodiodo- Conversão energia luminosa → Elétrica;Conversão energia luminosa → Elétrica;
Fótons → Transferem Energia → Elétrons → Mudança de NívelFótons → Transferem Energia → Elétrons → Mudança de Nível
- Semicondutor de polarização reversa;Semicondutor de polarização reversa;
- Modos de operação: fotocondutiva, fotovoltaicaModos de operação: fotocondutiva, fotovoltaica
PEB/COPPE/UFRJPEB/COPPE/UFRJ
FotodiodoFotodiodoCélula FotovoltaicaCélula Fotovoltaica
PEB/COPPE/UFRJPEB/COPPE/UFRJ
FotodiodoFotodiodoCélula FotocondutivaCélula Fotocondutiva
PEB/COPPE/UFRJPEB/COPPE/UFRJ
Interação LED-FotodiodoInteração LED-Fotodiodo LEDs : emitem luz;LEDs : emitem luz;
Luz incide sobre o fotodiodo;Luz incide sobre o fotodiodo;
Fótons penetram o semicondutor; Fótons penetram o semicondutor;
Transferem sua energia para os elétrons; Transferem sua energia para os elétrons;
Elétrons difundem-se pelo semicondutor; Elétrons difundem-se pelo semicondutor;
Fluxo de corrente Fluxo de corrente intensidade luminosa incidente. intensidade luminosa incidente.
PEB/COPPE/UFRJPEB/COPPE/UFRJ
Interação LED-FotodiodoInteração LED-FotodiodoNo oxímetro:No oxímetro:
),(),(),( 0 tTtItID
)(),(),( DDD EtItJ
dEtTtItJ DD )(),(),(),( 0
PEB/COPPE/UFRJPEB/COPPE/UFRJ
Tipo de configurações Tipo de configurações Modo de transmissãoModo de transmissão
Spranger, 2004
PEB/COPPE/UFRJPEB/COPPE/UFRJ
Tipo de configurações Tipo de configurações Modo de ReflexãoModo de Reflexão
Spranger, 2004
PEB/COPPE/UFRJPEB/COPPE/UFRJ
Parâmetros do SensorParâmetros do SensorCalibraçãoCalibração
Calibração in vivoCalibração in vivo
iv
iv
v
v
DCACDCAC
ivivvv
R
minmaxlog
minmaxlog
Castro et al., 2005
PEB/COPPE/UFRJPEB/COPPE/UFRJ
Parâmetros do sensorParâmetros do sensor SensibilidadeSensibilidade: : Sinal de saída/IntensidadeSinal de saída/Intensidade luminosaluminosa- Área de região ativaÁrea de região ativa
- Intensidade de luz incidenteIntensidade de luz incidente
- Tipo de encapsulamentoTipo de encapsulamento
- Ganho interno do detectorGanho interno do detector
Ushizima
PEB/COPPE/UFRJPEB/COPPE/UFRJ
Parâmetros do sensorParâmetros do sensorPrecisãoPrecisão
‒ SpO2i é o i-ésimo valor de SpO2 estimado
‒ SpO2fit,i é o i-ésimo valor de SpO2 ajustado pela curva polinomial
2
)(1
2,22
n
SpOSpOSDR
n
iifiti
PEB/COPPE/UFRJPEB/COPPE/UFRJ
Parâmetros do sensorParâmetros do sensorExatidãoExatidão
- Valor eficaz da diferença entre:Valor eficaz da diferença entre:- Valores estimados pelo oxímetro de pulso (Valores estimados pelo oxímetro de pulso (SpO2iSpO2i) ) - Valores de referência (Valores de referência (SRiSRi))
Castro et al., 2005
n
SSpORMS
n
iRii
1
22 )(
PEB/COPPE/UFRJPEB/COPPE/UFRJ
Parâmetros do SensorParâmetros do SensorAcurácia:Acurácia:
- 1% ou maior: Saturações >80%;1% ou maior: Saturações >80%;
- Para saturações <70%: Para saturações <70%: - Mannheimer Mannheimer et al.,et al., 735nm e 890 nm 735nm e 890 nm
PEB/COPPE/UFRJPEB/COPPE/UFRJ
Aplicação do sensor: Oximetria de pulsoAplicação do sensor: Oximetria de pulso
IndicaçõesIndicações
‒ Procedimentos anestésicosProcedimentos anestésicos
‒ Unidades de terapia intensivaUnidades de terapia intensiva
‒ Transporte de pacientes: ambulância, procedimentos Transporte de pacientes: ambulância, procedimentos de emergência e outros.de emergência e outros.
PEB/COPPE/UFRJPEB/COPPE/UFRJ
Oximetria de PulsoOximetria de Pulso Princípios de funcionamento:Princípios de funcionamento:
1.1. Espectrofotometria:Espectrofotometria:- Absorção HbO2 X Hb;Absorção HbO2 X Hb;
- HbO2: mais HbO2: mais iv;iv;
- Hb: mais Hb: mais v.v.
PEB/COPPE/UFRJPEB/COPPE/UFRJ
Oximetria de PulsoOximetria de Pulso
2.2. Pletismografia:Pletismografia:‒ Variação: volume de sangue e absorçãoVariação: volume de sangue e absorção
‒ Absorção da luz no local da Absorção da luz no local da probe:probe:
‒ Componentes : Componentes : ‒ pulsáteis (variáveis, Iac);pulsáteis (variáveis, Iac);‒ não pulsáteis (constantes, Idc).não pulsáteis (constantes, Idc).
PEB/COPPE/UFRJPEB/COPPE/UFRJ
PletismografiaPletismografiaComponentes Componentes IacIac e e IdcIdc
Ushizima & Spranger, 2004
PEB/COPPE/UFRJPEB/COPPE/UFRJ
Oximetria de pulsoOximetria de pulsoModo de obtenção da curvaModo de obtenção da curvaYoshida et al.Yoshida et al. , 1980: 2 , 1980: 2 λλ
805
805
650
650
2
log
log
IdcIacIdcIac
BASapO
PEB/COPPE/UFRJPEB/COPPE/UFRJ
Oximetria de PulsoOximetria de Pulso Modo de obtenção da SpO2Modo de obtenção da SpO2- Atualmente: 660 nm (vermelho) e 940nm (infravermelhoAtualmente: 660 nm (vermelho) e 940nm (infravermelho))
- sinal : filtrado e condicionado tensão adequados – conversão sinal : filtrado e condicionado tensão adequados – conversão A/DA/D
- sinal digital : processado –> visor SpO2sinal digital : processado –> visor SpO2
Spranger, 2004 & Felizardo, 2002 Spranger, 2004 & Felizardo, 2002
PEB/COPPE/UFRJPEB/COPPE/UFRJ
Oximetria de pulso: Visor Oximetria de pulso: Visor
PEB/COPPE/UFRJPEB/COPPE/UFRJ
Oximetria de pulsoOximetria de pulso SpO2 obtida representa:SpO2 obtida representa:
SpO2 : Valores normais, 21% : 96% e 100%.SpO2 : Valores normais, 21% : 96% e 100%.
100%2
22
HbHbOHbO
SpO
PEB/COPPE/UFRJPEB/COPPE/UFRJ
Oximetria de PulsoOximetria de PulsoTipos de probeTipos de probe
Spranger, 2004 apud Fearnley, 1995
PEB/COPPE/UFRJPEB/COPPE/UFRJ
FATORES QUE PREJUDICAM A FATORES QUE PREJUDICAM A OXIMETRIAOXIMETRIA
Fatores técnicos:Fatores técnicos:- Interferências ópticas;Interferências ópticas;
- Campo magnético → Ressonância magnética;Campo magnético → Ressonância magnética;
- Artefatos de movimento;Artefatos de movimento;
- Esmalte de unha: Esmalte de unha: - Rodden Rodden et al.et al. , 2007; , 2007;- Significância estatística, mas não clínica;Significância estatística, mas não clínica;- Diferença SpO2<1%.Diferença SpO2<1%.
PEB/COPPE/UFRJPEB/COPPE/UFRJ
FATORES QUE PREJUDICAM A FATORES QUE PREJUDICAM A OXIMETRIAOXIMETRIA
Fatores clínicos:Fatores clínicos:- Fraca atividade pulsátil;Fraca atividade pulsátil;
- Anemia;Anemia;
- Corantes intravasculares;Corantes intravasculares;
- Hemoglobinas não funcionais:Hemoglobinas não funcionais:- carboxiemoglobinas (HbCO);carboxiemoglobinas (HbCO);- metemoglobinas (metaHbmetemoglobinas (metaHb).).
MIYAKE et al., 2003