PROCAD
UFPB/UFBA/UFMA/UFPA
Introdução a Instrumentação Biomédica
TRANSDUTORES DE FLUXO SANGUINEO
O Sistema Circulatório
A circulação tem
basicamente a função
de atender às
necessidades dos
tecidos.
Conceitos Importantes:
Artérias: Transportam o
sangue sob alta pressão
até as veias;
Arteríolas: atuam como
válvulas de controle;
O Sistema Circulatório
Capilares: realizam trocas de
líquidos e outras substâncias
entre o sangue e o líquido
intersticial;
Vênulas: coletam sangue dos
capilares;
Veias: funcionam como condutos
para o transporte de sangue dos
tecidos de volta para o coração.
O Sistema Circulatório
Características Físicas do Sangue:
É um líquido viscoso composto de células e
plasma;
O plasma faz parte do líquido extra celular;
A viscosidade depende diretamente do
hematócrito(quantidade do sangue composta de
células).
O Fluxo Sanguíneo
Def.: É a quantidade de sangue que
passa por um determinado ponto da
circulação num dado período de
tempo, normalmente expressa em
mililitros ou litros por minuto.
O Fluxo Sanguíneo
Na equação ao lado:
Q  ( P2  P1 ) / R
Q é o fluxo sanguíneo;
P1 e P2 são as
pressões nas
extremidades da seção
do vaso considerado;
R é a resistência
vascular que impede o
sangue de fluir através
do vaso;
O Fluxo Sanguíneo
Observemos com atenção o fato
de que quem determina a taxa de
fluxo não é a pressão absoluta no
vaso mas sim o gradiente de
pressão entre as duas
extremidades.
O Fluxo Sanguíneo
Fluxo Laminar;
Fluxo Turbulento.
O Débito Cardíaco (DC)
Def.: Quantidade de sangue bombeada por cada
ventrículo do coração num período de tempo;
Assim, a medida do fluxo sanguíneo seria portanto
a medida do débito cardíaco;
Depende da superfície corpórea do paciente;
Valores típicos do DC( Decrescem com a idade do
paciente):
Homem: 6,0 l/min;
Mulher: 5,0 l/min;
Caracterização Desejável para uma
Metodologia de Medida de Fluxo
Sanguíneo e / ou Monitoração de
Pacientes:
Rápida e fácil execução;
Os resultados obtidos precisam ser
confiáveis e reproduzíveis;
O paciente não pode sofrer nenhum dano
físico quando submetido ao método bem
como não deve sofrer reações indesejáveis;
Complicações de ordem anestésica e
cirúrgica devem ser evitadas;
Método de Diluição do Indicador
por Infusão Contínua
Esta metodologia não mede o fluxo
sanguíneo instantâneo e sim o fluxo
sanguíneo médio;
Neste caso temos então :
Método de Fick;
Método de Fick de Diluição do
Indicador
Técnica de Fick: Este
método diz que o
débito cardíaco pode
ser relacionado pelo
consumo temporal de
Oxigênio de um
paciente em função
da diferença das
concentrações
arterial e venosa de
Oxigênio.
V´  (dm / dt ) /(Ca  Cv ) 
Na equação de Fick,
ao lado, temos que:
– V´: fluxo
sanguíneo(l/min);
– (dm/dt): consumo de
oxigênio(l/min);
– Ca: concentração
arterial de de oxigênio;
– Cv: concentração
venosa de oxigênio.
Método de Fick (Oxigênio como
Indicador)
Neste caso, o
consumo de oxigênio
é medido por um
espirômetro, como
indicado abaixo:
Método de Fick ( O Oxigênio
como Indicador )
A concentração
arterial de oxigênio
pode ser obtida a
partir de uma amostra
de sangue colhida em
qualquer artéria o que
pode ser feito a partir
de um cateter a
exemplo do que está
ilustrado ao lado:
Método de Fick ( O Oxigênio
como Indicador )
A Concentração
Venosa de oxigênio
deve ser obtida a
partir de uma amostra
de sangue colhida da
artéria pulmonar,
requerendo assim a
introdução de um
cateter venoso
através de uma veia.
Método de Fick ( O Oxigênio
como Indicador )
Considerações qualitativas sobe o método
de Fick
– Os resultados obtidos por este método são
bastante confiáveis e exatos;
– Requer condições fisiológicas relativamente
constantes;
– Requer muitos minutos para a sua execução;
– Não fornece o débito cardíaco instantâneo;
– Constitui um método INVASIVO;
Adaptações Modernas do
Método de Fick
NICO(Novametrix Non-Invasive Cardiac Output
Monitor)
Método de Diluição do Indicador
por Injeção Rápida
Método de Diluição
do Corante:
Avalia o débito
cardíaco a partir
da curva de
diluição do
corante, exposta
ao lado:
V ´
m
t1
 C (t )dt
0
Método de Diluição do Corante
Considerações acerca do método:
– Qualquer ponto do sistema arterial pode ser
usado para a retira da do sangue, sendo
porém preferencialmente usados a artéria
femoral(na coxa) ou ainda a radial( no braço);
– O local para injeção do corante deve ser
adequado já que este determina a forma da
curva de diluição;
– A passagem do indicador pelas veias provoca
a dispersão da curva de diluição.
Método de Diluição do Corante
Características desejáveis no corante
utilizado:
Deve ser inócuo para o paciente;
A dinâmica circulatória não deve ser
afetada;
Deve permanecer no fluxo sanguíneo entre
os locais de injeção e amostragem;
Deve ser mensurável.
Método de Diluição do Corante
Corantes mais usados:
Evans Blue:
Não tóxico;
Seu uso por mais de oito vezes no paciente provoca
descoloração da pele;
Para a máxima absorção de luz, este corante possui
um comprimento de onda de 620mm, acarretando
assim interferência da hemoglobina na medida do
débito cardíaco;
Método de Diluição do Corante
Corantes mais
usados:
Cardiogreen:
Não Tóxico;
Para a máxima
absorção de luz,
este corante
possui um
comprimento de
onda de 805nm;
É lentamente
eliminado do
organismo;
Método de Diluição do Corante
O “cuvette” ,
inserido num
espectrofotômetro,mede
a concentração do
corante a partir do
princípio de absorção
fotométrica, obtendo
assim a curva de diluição;
Método de Diluição do Corante
Considerações qualitativas sobre o
método:
– É tão exato quanto o método de Fick;
– Sua execução é rápida e simples;
– Apresenta o fenômeno de recirculação do
corante.
Método da Termodiluição
O princípio deste método é
basicamente o mesmo do método de
diluição do corante,sendo que agora o
indicador é uma solução
(salina)fria(soro).
Neste caso o débito cardíaco pode ser
avaliado segundo a expressão ao
lado, na qual:
– Vi = volume de soro injetado;
– Tb = temperatura inicial do
sangue;
– Ti = temperatura inicial do soro
injetado;
– K = constante de correção;
– ∆Tb(t) =variação da
temperatura do sangue no
loca de deteção.
DC 
VI (TB  TI ) K
t1
 T
B
0
(t )dt
Método da Termodiluição
Procedimentos para a
obtenção do Débito
cardíaco via
termodiluição:
Método da Termodiluição
Observações acerca dos parâmetros
envolvidos na medida do débito por
termodiluição:
Volume do soro injetado;
Temperatura inicial do sangue;
Temperatura inicial do soro injetado.
Método da Termodiluição
Considerações sobre a curva de
termodiluição:
– Semelhante à de diluição do corante,sem
porém apresentar o segundo pico;
– É obtida através de um termistor
normalmente na configuração ponte de
wheatstone;
– Precaução com a corrente do termistor;
Método da Termodiluição
Alguns fatores que acarretam mudanças
bruscas na forma da curva de
termodiluição:
– Alterações abruptas na frequência cardíaca;
– Padrões anormais de respiração;
– Pequeno volume de soro injetado.
Método da Termodiluição
Considerações qualitativas acerca do
método:
– Possibilita medidas simultâneas dos DC’s
direito e esquerdo;
– Permite medidas frequentes já que o indicador
é inofensivo;
– Possui uma reprodutibilidade e exatidão
comparáveis aos métodos anteriormente
expostos;
– Apresenta uma baixíssima recirculação do
corante.
Método da Termodiluição
Considerações qualitativas acerca do
método:
– Não introduz substâncias estranhas na
corrente sanguínea;
– Requer cateterização do coração.
Fluxômetro Eletromagnético
Na equação ao lado:
L1
e   u.B.dL
0
– e= Força eletromotriz
induzida;
– B= Densidade de fluxo
magnético;
– u= velocidade
instantânea do fluxo
passando pelo
condutor;
– L= Comprimento entre
os eletrodos.
Fluxômetro Eletromagnético
Para um fluxômetro ideal, considerando
um campo magnético uniforme e um perfil
uniforme de velocidade, teríamos então a
seguinte expressão:
e = Blu (considerando a ortogonalidade dos
parâmteros);
Fluxômetro Eletromagnético
Comportamento dos fluxômetros reais:
– Parâmetro que quantifica a diferença entre os
fluxômetros ideais e reais: A Sensibilidade do
transdutor.
Idealmente a sensibilidade seria 1,0 e no caso
real menor que 1.0.
Fluxômetro Eletromagnético
Fatores causadores de erros na medida
de fluxo sanguíneo :
– Quando a condutividade da parede do vaso é
maior que a condutividade do sangue a
sensibilidade do transdutor diminui;
– Se há entre os eletrodos e o vaso uma fina
camada de fluido, geralmente com
condutividade maior que a da parede do
vaso, também há um comprometimento na
sensibilidade;
Fluxômetro Eletromagnético
Fatores causadores de erros na medida
de fluxo sanguíneo :
– Quando o hematócrito aumenta, a
condutividade do sangue diminui, reduzindo,
em consequência, a sensibilidade do
transdutor;
– O perfil do fluxo sanguíneo, bem como a sua
velocidade, interfere no resultado da medida.
Fluxômetro Eletromagnético
As sondas utilizadas
nos fluxômetros:
– Característica
Principal desejável:
“Garantir” a
sensibilidade do
transdutor;
Os eletrodos devem ter
uma alta impedância,
normalmente são
platinizados;
Fluxômetro Eletromagnético
Tipos de excitação do fluxômetro:
– Fluxômetro DC:
Há flutuações das tensões na interface do eletrodo
com o vaso;
Interferência do ECG, cujo espectro de frequência é
semelhante ao do fluxo;
O ruído do sistema de amplificação torna-se relevante
para o “RANGER” de frequência de interesse( 0 a 30
Hz);
Fluxômetro Eletromagnético
Tipos de excitação do
fluxômetro:
– Fluxômetro AC:
– Embora resolva os
problemas causados no
fluxômetro DC, a excitação
AC cria outro problema: a
TENSÃO DE
TRANSFORMADOR, que
se soma à tensão induzida
pelo fluxômetro e que,
muitas vezes, é maior do
que a tensão induzida;
– A tensão total seria
portanto: (V= Vfsenwt +
Vt coswt );
Métodos Pletismográficos
Medem variações de volume no tempo e,
consequentemente, o fluxo sanguíneo.
– Pletismografia de oclusão Venosa;
– Pletismografia de impedância elétrica.
Métodos Pletismográficos
Pletismografia de oclusão venosa:
Métodos Pletismográficos
Pletismografia de oclusão venosa:
– Procedimentos do Método:
Métodos Pletismográficos
Pletismografia de oclusão venosa:
Aplicações para o método:
– Medida não invasiva de fluxo sanguíneo em
membros ;
– Caracterização de trombose venosa.
Métodos Pletismográficos
Pletismografia de impedância elétrica:
– Variações de volume num membro ou tecido devidas
ao fluxo de sangue implica em variações da
impedância elétrica associada.
Métodos Pletismográficos
Após algumas
deduções
encontramos:
  b L2 Z
V 
2
Z
Em que:
– ∆V é a variação
mensurável de
volume;
– ρb é a resistividade do
sangue;
– L é o comprimento do
cilindro ;
– ∆Z=[(Zb//Z) –Z];
Métodos Pletismográficos
Justificativas para a relação matemática
entre a variação volumétrica do tecido
com uma impedância elétrica associadas:
– A expansão das artérias é uniforme;
– A resistividade so sangue ρb não varia;
– As linhas de corrente são paralelas às
artérias.
Métodos Pletismográficos
Considerações sobre a frequência de
excitação:
– São geralmente recomendadas freqüências
na ordem de 100 kHz pois:
Para um boa relação sinal/ruído são necessárias
correntes maiores que 1mA;
A impedância da interface entre pele-eletrodo
decrescem com o aumento da freqüência;
Já em freqüências maiores que 100kHz ocorre o
efeito de capacitâncias indesejáveis.
Métodos Pletismográficos
Considerações qualitataivas sobre os
métodos pletismográfiacos:
– São não invasivos;
– Pouco exatos.
Transdutores Ultra-sônicos
Os Transdutores ultra-sônicos medem o fluxo sanguíneo
instantâneo;
Esquema generalizado de um sistema ultra-sônico de
medida ou monitoramento de um parâmetro:
Transdutores Ultra-sônicos
Os Transdutores Ultra-sônicos
Piezoelétricos:
– Convertem energia elétrica em energia
mecânica a partir de um cristal piezoelétrico;
– Materiais mais usados: Titanato de Barium,
Zirconato dentre outros.
Transdutores ultra-sônicos
Comportamento de
um feixe ultra-sônico:
O comprimento de
campo próximo é
dado por:
– l=
r2/ ‫ג‬
O ângulo θ de
divergência no campo
afastado é dado por:
– Θ=arcsen(0,61‫ג‬/r)
Com: r = raio do
transdutor;
‫ = ג‬comprimento de
onda;
Transdutores ultra-sônicos
O princípio do fluxômetro ultra-sônico Doopler
Transdutores ultra-sônicos
Cálculo do deslocamento de Frequência Doopler:
Transdutores ultra-sônicos
Cálculo do deslocamento de Frequência Doopler:
– Consideremos os seguintes parâmetros para a
ilustração anterior:
fs = frequência da fonte ultrasônica;
C = velocidade do som;
V = velocidade do sangue;
Θ = ângulo que o cristal piezoelétrico faz com o eixo do fluxo
sanguíneo;
(C -Vcos Θ) = velocidade relativa do som em relação à fonte
quando o som é emitido na direção contrária ao fluxo;
(C+Vcos Θ) = velocidade relativa do som em relação à fonte
quando o som é dirigido na mesma direção do fluxo;
Transdutores ultra-sônicos
Se ‫ ג‬é comprimento de
onda que é o mesmo nos
dois casos, podemos
dizer que:
– ‫( =ג‬C -Vcos Θ) / fs
= (C+Vcos Θ) /fr;
– Resolvendo esta equação
para fr e encontrando
∆f(deslocamento de
frequência Doopler),
obtemos a expressão
final para ∆f:
– Considerando, para tal,
que: C>>V
f

2V cos( )

C
Modos de visulização dos Tecidos:
Conclusões
Abrangência do assunto abordado;
Cada um dos métodos abordados merece
um estudo detalhado, especialmente a
metodologia ultrasônica;
Considerações sobre a Radioisotopia;
Bibliografia
GUYTON, Arthur C. Tratado de Fisiologia Médica. 8.ed. Rio de
Janeiro: Guanabara Koogan, 1992. 864p.
AKAY, M; DEUTSCH, S; WELKOWITZ, W. Biomedical Instruments.
2.ed. San Diego:Academic Press,1992. 377p.
BRONZINO, Joseph D. Biomedical Engineering and
Instrumentation. 1.ed. USA: PWS Publishers, 481p.