PROCADUFPB/UFBA/UFMA/UFPA

Introdução a Instrumentação Biomédica

TRANSDUTORES DE PRESSÃO

IMPORTÂNCIA DA MEDIÇÃO DE PRESSÃO

DIAGNÓSTICOSDIAGNÓSTICOS (arteriais, venoso, intraocular, intracraniana)

CIRURGIA: Onde é necessário uma CIRURGIA: Onde é necessário uma monitoração contínua da pressão arterialmonitoração contínua da pressão arterial

MONITORAÇÃO DE PACIENTES:MONITORAÇÃO DE PACIENTES: Transfusão de sangue, pressão do sistema venoso central

DEFINIÇÕES

p= F/ APressão: É a medida da força pela unidade de área.

Unidades: 1 mm hg = 1 torr = 12,9 mm sangue = 13.1 mm Sol. Salina = 1330 dinas / cm²

FONTES DE ERRO: ENERGIAS CINÉTICA E POTENCIAL

Pt = Ps + gh + ½ v2 Equação de bernoulli

Onde:

Ps = Pressão Estática = Densidade do Fluidog = Aceleração da Gravidadeh = Altura do Fluido v = Velocidade do Fluido

Segundo Termo = Energia Potencial Gravitacional

Terceiro Termo = Energia Cinética do Fluido

EFEITOS DA ENERGIA POTENCIAL NA PRESSÃO

Quando a medição é feita com o sensor colocada no nível do coração nenhum valor da energia potencial deve ser adicionado.

Caso contrário o comprimento da coluna de sangue nas pressões arterial e venosa contribuem para a energia potencial gh.

EFEITOS DA ENERGIA CINÉTICA NA PRESSÃO

• Torna-se importante quando a velocidade do sangue é alta.

• Quando um cateter é inserido em um vaso sanguíneo,ou dentro do coração, dois tipos de pressão podem ser observadas: a pressão estática e a pressão total.

EFEITOS DA ENERGIA CINÉTICA

Quando o cateter forma um ângulo reto com o fluxo a pressão lida é a exata, pois neste caso o termo da

energia cinética é mínimo.Fazendo com que a pressão total seja igual a presão estática.

EFEITOS DA ENERGIA CINÉTICA

Quando o cateter é colocado a favor do fluxo de sangue, então a energia cinética do fluido

é transformada em pressão e a pressão total será Ps - ½ v2.

EFEITOS DA ENERGIA CINÉTICA

Quando o cateter é inserido contra o fluxo de sangue, a pressão total é a pressão estática mais o termo adicional

da energia cinética.

IMPORTANCIA RELATIVA DA ENERGIA CINÉTCA EM DIFERENTES PARTES DA CIRCULAÇÃO

TÉCNICAS DE MEDIÇÃO DE PRESSÃO

Técnicas Indiretas

(não-invasivas)

• Método de medição da pressão arterial usando Punho Oclusivo (Esfigmomanometria).

• Método de medição de pressão arterial usando ultrason

• Método do Balanceamento de forças

PRESSÃO ARTERIAL E SÍSTOLE

Pressão Arterial: É a força exercida pelo sangue arterial por unidade de área da parede arterial. É diretamente dependente do débito cardíaco, da resistência arterial periférica e do volume sanguíneo.

Sístole: Período de contração do coração.

Pressão Arterial Sistólica: É a pressão mais elevada (pico) verificada nas artérias durante a fase de sístole do ciclo cardíaco, é também chamada de pressão máxima.

DIÁSTOLE E PRESSÃO ARTERIAL DIASTÓLICA

Diástole: É o período de relaxamento do coração.

Pressão Arterial Diastólica: É a pressão mais baixa detectada, observada durante a fase de diástole do ciclo cardíaco. É também denominada pressão mínima.

ESFIGMOMANÔMETRO

Consiste de um punho inflável, um bulbo de borracha para inflação do punho e um manômetro para detecção da pressão.

É uma medida indireta da pressão arterial, que usa o método palpatório ou auscultatório.

PRESSÃO SISTÓLICA

• O punho oclusivo é inflado até a pressão acima da presão sistólica, pressão essa suficiente para parar o fluxo de sangue

• O ar é liberado gradualmente. Quando o pico da pressão sistólica está maior que a pressão na bolsa, o fluxo turbulento do sangue causa sons que podem ser ouvidos no estetoscópio. Esses sons são os sons de Korotkoff ou sons k e neste ponto indicam a pressão sistólica

PRESSÃO DIASTÓLICA

• Quando a pressão cai mais, os sons de k ficam mais altos e então começam a enfraquecer.

• O ponto ao qual o som K desaparece ou varia indica a pressão diastólica.

• O uso de um punho de tamanho adequado é importante na obtenção de um resultado preciso. A pressão no punho é transmitida via interposição de tecidos.

Em pacientes hipotensos ou em crianças os métodos auscultatórios apresentam problemas de deteccção das pressões.

Um dos métodos propostos para superar essas dificuldades é o sistema Doppler. Este método se utiliza dos movimentos das paredes do vaso para acusar o início das pressões sistólica e diastólica.

LIMITAÇÕES DO MÉTODO AUSCULTATÓRIO E UTILIZAÇÃO DO

MÉTODO DE ULTRASOM

MÉTODO AUTOMÁTICO DE MEDIÇÃO DA PRESSÃO UTILIZANDO ULTRASOM

Utiliza dois cristais piezoelétricos ultrasônicos de transmissão e recepção. O primeiro cristal é conectado a um oscilador de 8MHZ, e o segundo a um amplificador.

MÉTODO DE MEDIÇÃO DA PRESSÃO UTILIZANDO ULTRASOM

O cristal emissor gera uma ultrasom que é refletida para parede do vaso e sangue. O sinal é refletido (com uma frequência alterada) para o cristal receptor

MÉTODO DE MEDIÇÃO DA PRESSÃO UTILIZANDO ULTRASOM

• Se o vaso está se movendo, o sinal refletido terá sua frequência alterada proporcionalmente a velocidade instantânea do vaso.

• A abertura da artéria gera um aumento na frequência do sinal ( 200-500 Hz)

• O fechamento da artéria gera uma diminuição na frequência do sinal ( 30-100 Hz)

• Quando o punho é desinflado a pressão sistólica é sinalizada pelo início do aumento da frequência do sinal

MÉTODO DE BALANÇO DE FORÇAS

• Tem como princípio básico o fato de que quando um vaso pressionado é em parte colapsado por um objeto externo, a pressão circunferencial nas paredes do vaso são removidas e as pressões externa e interna são iguais

• A tonometria é um método não invasivo de medição de pressão que é bastante usado para medir a pressão intraocular

TONOMETRIA

• A Técnica permite encontrar a pressão intraocular dividindo a força de achatamento pela área.

• Mackay e Marg (1960) desenvolveram um sensor que é aplicado na superfície da córnea; a córnea é achatada e vai avançando no sensor. A pressão intraocular é detectada por um transdutor de força que registra a intensidade da força da córnea no sensor

TONOMETRIA

• Em 1974 Forbes desenvolveu um tonômetro que mede a pressão intraocular sem tocar no olho.

• Um pulso de ar de força linearmente crescente que achata e deforma a área central da córnea dentro de milisegundos

TONÔMETRO DE FORBES

• O primeiro componente é um sistema pneumático que libera um pulso de ar linearmente crescente

•Na medida em que o pulso de ar é aplicado, ele causa uma progressiva redução da convexidade da córnea

TONÔMETRO DE FORBES

• O segundo componente é formado por dois tubos de transmissão e de detecção de raios de luz

• O tubo transmissor direciona um feixe de luz no vértice da córnea, um tubo receptor observa a mesma área

TONÔMETRO DE FORBES

• A luz refletida da córnea passa através da abertura AA e é sentida pelo detector DD. No caso de uma córnea no estado normal poucos ou nenhum raio é recebido pelo detector.

• Como a convexidade da córnea é progressivamente reduzida pelo achatamento a quantidade de raios de luz detectada aumenta

• Quando a córnea torna-se côncava, ocorre uma redução na detecção dos raios de luz. A fonte pneumática é imediatamente cessada. Há uma relação linear direta entre a pressão intraocular e o intervalo de tempo de achatamento.

TONÔMETRO DE FORBES

• O terceiro componente do sistema é o sistema de alinhamento óptico-eletrônico. Este sistema tem a função de facilitar o alinhamento do tonômetro e a córnea.

•Um pequeno computador digital é usado para controlar ao três segmentos do tonômetro de não contato , ele processa a informação adquirida e fornece a pressão intraocular em milímetros de mercúrio (pascal). O procedimento pode ser usado sem nenhum perigo, sem anestesia e entre um piscar de olhos.

OUTRAS APLICAÇÕES

• O método de balanceamento de forças também é utilizada para se medir a pressão intracraniana em recém-nascidos na detecção da hidrocefalia. O fechamento incompleto da “moleira” permite detectar a pressão intracraniana nessa região.

• Outra aplicação deste método é a medição da pressão intra-amniótica, onde um transdutor registra essa pressão através da parede abdominal

TÉCNICAS DE MEDIÇÃO DE PRESSÃO

Técnicas Diretas

(invasivas)

• Sistemas Hidráulicos de medição de pressão

• Propriedades dos Transdutores do Tipo Elástico

• Transdutor de pressão do tipo deslocamento do diafragma

Sistemas Hidráulicos de medição de pressão

Os métodos de medição direta de pressão caracterizam-se por necessitarem da introdução do sistema transdutor ou parte dele na região de interesse de medida.

O sistema fluido e cateter acoplado a um transdutor externo de pressão do tipo elástico, é um dos mais simples e usados métodos clínicos de se medir indiretamente a pressão

O fluido do cateter serve para transmitir a pressão da ponta do cateter para o transdutor externo

PROPRIEDADES DO SISTEMA CATETER TRANSDUTOR

• O cateter não é perfeitamente rígido e possui algumas propriedades elásticas. A medida da elasticidade é a compliância pelo comprimento.

•Se o cateter fosse perfeitamente inflexível e o fluido fosse incompressível um aumento na pressão P do cateter causaria um fluxo de fluido ao longo do cateter até o transdutor e deslocaria o diafragma de um forma que o volume deslocado fosse exatamente igual ao volume de fluido deslocado na ponta do cateter.

PROPRIEDADES DOS TRANSDUTORES DO TIPO ELÁSTICO

• A maioria dos transdutores são do tipo primário-secundário:

• O transdutor do tipo primário converte pressão em deslocamento

• O transdutor do tipo secundário produz um sinal elétrico proporcional a esse deslocamento

• As formas mais utilizadas de transdutores elásticos são do tipo tubo de Bourdon, diafragma ou variações do tipo câmara de expansão.

TRANSDUTORES ELÁSTICOS DO TIPO TUBO DE BOURDON

• No tubo de Bourdon a diferença entre a pressão interna e externa, causa o arredondamento da sessão transversal (forma elíptica),

causando um movimento de translação na direção indicada na figura.

TRANSDUTORES DO TIPO DIAFRAGMA

• O deslocamento do diafragma depende, de maneira não-linear, da diferença de pressão entre as duas faces.

TRANSDUTORES DO TIPO DIAFRAGMA

• Se o deslocamento máximo for pequeno em relação a espessura do diafragma, a não-linearidade será pequena e o deslocamento máximo será descrito por:

TRANSDUTORES DO TIPO DIAFRAGMA

Z(0)= 3(1-2)R4P 16E T3

T = Espessura do diafragma

Z(0)= Posição do deslocamento máximo

R= Raio do diafragma (cm)

E= Módulo de Yang (dinas/cm2)

= Relação de Poisson

TRANSDUTORES DO TIPO DIAFRAGMA

• O Deslocamento do diafragma de um transdutor de pressão hidraulicamente acoplado geralmente é convertido em sinal elétrico através “ unbonded wire strain gauge” devido a sua alta sensibilidade e estabilidade.

EXTENSÔMETROS ELÉTRICOS ( STRAIN GAGES)

EXTENSÔMETROS: São medidores de deformação mecânica.

STRAIN GAGES : São medidores de deformação mecânica relativa, através da determinação da variação de resistência elétrica. O Strain Gages quando aderido em algum material pode se transformar em um transdutor, desde que calibrado adequadamente.

PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DO STRAIN GAGES: É um resistor elétrico onde a variação da resistência elétrica é proporcional a variação do comprimento.

TRANSDUTORES DE PONTA DE CATETER

• Têm a vantagem de medir a pressão no local ao invés de confiar em transmissões hidráulicas, que embora desenvolvidos com técnicas bastante modernas, apresentam limitações nas respostas de em frequências.

MÉTODOS DE TRANSDUÇÃO ELÉTRICA

• O primeiro cateter a ser comercializado

• Consiste de um cilindro oco e de paredes finas que aumenta de volume pelas diferenças de pressão interna e externa

• Consiste de 4 fios: dois são enrolados sem apertar, para compressão de temperatura e outros dois são apertadamente enrolados em espaçadores para medir a alteração de volume do cilindro

TRANSDUTORES ÓTICOS

• Neste dispositivo, a medição do deslocamento do diafragma devido a pressão local, é feito através de dois conjuntos de fibras óticas - transmissão e recepção

• A parte interna do diafragma é espelhada de maneira a receber e transmitir a luz

• A principal vantagem é o seu pequeno tamanho e a total ausência de qualquer tensão dentro do cateter

• As desvantagens são complexidade, alto custo e confiabilidade

TRANSDUTORES DE PRESSÃO IMPLANTÁVEIS

• Um grande números de transdutores de pressão miniaturizados foi desenvolvido para implantes a longo termo em animais.

• Estes transdutores são desenvolvidos usando “ strain gauge” individuais de silício ou circuitos integrados

TRANSDUTORES DE PRESSÃO IMPLANTÁVEIS

Estes dispositivos são desenvolvidos com diafragmas titânio ou níquel com expessura de 15 m, sendo normalmente selados apressão atmosférica fazendo com que o

mesmo meça alterações de pressão absoluta.