TÍTULO: DESENVOLVIMENTO DE KITS EXPERIMENTAIS DOS LABORATÓRIOS DE PRESSÃO
ARTERAL E OXIMETRIA DE PULSO DO KIT CLEVELABS ADQUIRIDO AO CURSO DE ENGENHARIA
BIOMÉDICA - PUC/SP
CATEGORIA: CONCLUÍDO
ÁREA: ENGENHARIAS E ARQUITETURA
SUBÁREA: ENGENHARIAS
INSTITUIÇÃO: PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE SÃO PAULO
AUTOR(ES): WESLEY AMORIM GROSSO
ORIENTADOR(ES): ROSANA NUNES DOS SANTOS
COLABORADOR(ES): ALINE COSTA MORENO
Resumo
O coração é a máquina mais importante do corpo humano, sendo este músculo
responsável por uma função fundamental para o estabelecimento da vida, o
bombeamento de sangue. O sangue, tecido conjuntivo produzido na medula óssea,
tem como principal função transportar para todas as células do corpo nutrientes e
oxigênio, para mantê-las em funcionamento, além de receber em troca, substâncias
tóxicas como o gás carbônico e substratos tóxicos produzidos a partir da
metabolização das células, que retornarão para serem eliminadas pelo sistema
excretor ou pelos pulmões.
Para tanto, o coração contrai-se de uma forma diferente de outros músculos,
fazendo assim com que o sangue seja bombeado com a pressão que este músculo
exerce pelo sistema circulatório. A pressão exercida junto ao sistema circulatório
deve estar numa faixa razoável, onde é considerada normal para a população.
Além disso, o nível de oxigênio no sangue bombeado é de vital importância, já
que em casos de hipóxia (baixo nível de oxigênio), podem acarretar sérios
problemas em diversos sistemas, pois a troca de gases nas células promove o bom
funcionamento do sistema como um todo.
O equipamento de captação de sinais sem fio BioRatio™ 150 e o equipamento
de análise de dados CleveLabs™ da CleveMed™, auxiliaram nesse estudo e na
adaptação das atividades laboratoriais para o curso de Engenharia Biomédica da
PUC-SP. Uma maior compreensão dos processos básicos do sistema circulatório,
além da importância do oxigênio e da pressão arterial, permitem a análise e
captação de sinais biológicos, que são de suma importância no referido estudo.
Como principal objetivo deste projeto, estas adaptações resultarão em atividades
laboratoriais que proporcionarão aos futuros estudantes uma maior compreensão de
quais são os procedimentos para monitorar pressão sanguínea e oximetria de pulso,
e quais são os parâmetros utilizados nestes procedimentos.
Os roteiros das aulas práticas em laboratório foram adaptados focando no
principal ponto que é dar ao usuário a total compreensão de como executar os
procedimentos para a medição dos biopotenciais. Os testes realizados resultaram
em sinais padrões, sem nenhuma alteração nos mesmos, indicando a inexistência
de qualquer distúrbio.
INTRODUÇÃO
O conhecimento e compreensão da funcionalidade dos sistemas orgânicos tem
uma grande importância, pois assim, profissionais da saúde podem diagnosticar e
definir qual o melhor tratamento para solucionar ou amenizar enfermidades ou
moléstias que infligem os pacientes. A utilização de equipamentos de captação e
análise de sinais biológicos são as melhores ferramentas para determinar e
conseguir alcançar uma cura ou diagnóstico de uma moléstia. Porém, a grande
maioria dos equipamentos de qualidade ainda não são fabricados no Brasil, como o
caso do equipamento da empresa CleveMed™, BioRadio™ 150 (equipamento de
captação de sinais elétricos superficiais do corpo humano) e CleveLabs™ (software
de captação do sinal adquirido e ferramentas de análise), além do receptor USB que
recebe o sinal captado para futura análise no software CleveLabs™.
OBJETIVOS
O principal objetivo da pesquisa foi o desenvolvimento dos roteiros de
laboratório CleveLabs™ para estudos e análises de sinais biológicos para o sistema
circulatório relacionado a Pressão Arterial e Oximetria de Pulso. Além disso, o
material de apoio e complementar disponibilizados no Kit CleveLabs™ foi adaptado
para auxiliar neste estudo.
JUSTIFICATIVAS
O Curso de Engenharia Biomédica da PUC-SP adquiriu a um ano os Kits
Laboratoriais CleveLabs™ com o intuito de inseri-los nos cronogramas das aulas
.No dia a dia, os profissionais que trabalham na área de Engenharia Biomédica se
deparam, constantemente, em solucionar dúvidas na tomada de decisões, como o
melhor caminho para diagnosticar alguma enfermidade ou mal do sistema
circulatório, já que se trata de vias minúsculas de difícil acesso e que são de
extrema importância para a manutenção da vida.
METODOLOGIA
A metodologia abordada foi, primeiramente, a tradução de todas as apostilas,
com conteúdo teórico e prático das atividades. Além disso, utilizando de ferramentas
de tradução online, e revisão dos textos traduzidos pelos integrantes do grupo de
pesquisa. As atividades, assim como a parte teórica, foram adaptadas e as
informações teóricas foram verificadas tanto em livros-texto relacionados quanto
com os professores da área estudada nas apostilas.
Na segunda fase, as atividades práticas foram esclarecidas por professores
capacitados, permitindo desenvolver os procedimentos básicos na verificação dos
biopotenciais e determinar os sinais de normalidade do organismo. Os testes foram
executados de acordo com as instruções fornecidas pelos profissionais da área, e ao
longo de discussões com os integrantes do grupo de pesquisa, os testes foram
adaptados para facilitar o manuseio do equipamento e realização dos testes
propostos.
DESENVOLVIMENTO
No período entre agosto de 2013 a fevereiro de 2014 foram realizadas as
traduções das apostilas laboratoriais referentes a Pressão Arterial e Oximetria de
Pulso, assim como as apostilas complementares e de apoio: Aquisição de Dados
Básicos, Sinal Digital, Telemetria Médica sem fio, Processamento de Imagem,
Análise Estatística e Biopotenciais, que abordam um estudo teórico, sendo este
apresentado sem nenhuma atividade de análise de dados. Com as apostilas
laboratoriais devidamente traduzidas, deu-se início à adaptação das atividades e
estudos anatômicos e fisiológicos das estruturas
envolvidas para melhor
compreensão na elaboração das atividades que foram adaptadas.
Para a realização dos testes, os parâmetros desejáveis para a realização das
atividades são: o indivíduo possuir uma faixa etária entre 18 e 30 anos, que não
possuem nenhum tipo de distúrbio cardiovascular, ou outro distúrbio do sistema
pulmonar que possam interferir nos resultados acusando anormalidades. Uma vez
que o intuito do projeto é a inserção das atividades em aulas práticas de laboratório
que serão utilizadas como padrões normais para comparação com sinais anormais.
RESULTADOS
Todos os testes foram realizados em componentes da equipe de pesquisa
ocorreram entre maio e junho do corrente e, em seguida, iniciou-se a análise dos
dados gerados.
Pressão Arterial
Para os testes de pressão arterial, como foi definido anteriormente, os
componentes da equipe foram preparados e duas atividades foram realizadas.
A primeira atividade para pressão arterial foi a aferição da pressão enquanto o
indivíduo mantém-se relaxando. O braço esquerdo deve ser mantido na altura do
coração, e a gravação de dados deve ser realizada após o esfigmomanometro ser
inflado e durante a liberação da válvula, sendo esta liberação lenta. A figura 1
representa os dados gerados para a referida atividade. O gráfico superior representa
o sinal ECG captado pelos eletrodos e o gráfico inferior representa a expansão do
Potencial Cardíaco (pV)
cinto de esforço respiratório.
ECG
8,E+09
6,E+09
4,E+09
2,E+09
0,E+00
-2,E+09
1
a
201 401 601 801 1001 1201 1401 1601 1801 2001 2201 2401 2601 2801 3001 3201 3401 3601
Tempo (ms)
Pressão no Manguito
Pressão (10 -6 mmHg)
8,E+09
b
6,E+09
4,E+09
2,E+09
0,E+00
1
201 401 601 801 1001 1201 1401 1601 1801 2001 2201 2401 2601 2801 3001 3201 3401 3601
Tempo (ms)
Figura 1 - Gráficos gerados a partir de análises estatísticas dos dados gerados na atividade 1
referente a Pressão Arterial. (a) gráfico do ritmo cardíaco; (b) gráfico que representa a liberação do ar
do esfigmomanometro.
Como verificado nesta primeira atividade, quando a pressão exercida pelo
manguito obstruir por completo o fluxo sanguíneo, o potencial cardíaco aumenta,
exercendo uma força maior para que o fluxo sanguíneo possa fluir normalmente,
porém quando liberamos a válvula gradativamente, o sinal ECG volta ao seu padrão,
exercendo a força necessária sem gastos energéticos excessivos.
É importante salientar que o sinal de pressão arterial refere-se à pressão
exercida pelo manguito e não a pressão arterial de fato. Tal parâmetro é mostrado
na interface do programa, com valores numéricos que não são armazenados no
banco de dados gerado para futuras análises.
A segunda atividade verifica a relação entre o potencial elétrico e a pressão
arterial, após uma atividade intensa suficiente para aumentar a frequência cardíaca.
2,0E+09
1,5E+09
1,0E+09
5,0E+08
0,0E+00
-5,0E+08
-1,0E+09
a
Tempo (ms)
Pressão Arterial
8,E+09
7,E+09
6,E+09
5,E+09
4,E+09
3,E+09
2,E+09
1,E+09
0,E+00
1
201
401
601
801
1001
1201
1401
1601
1801
2001
2201
2401
2601
2801
3001
3201
3401
3601
3801
4001
4201
4401
4601
4801
5001
5201
5401
5601
5801
6001
6201
6401
6601
6801
7001
7201
7401
7601
7801
8001
8201
Pressão Manguito (10-6 mmHg)
b
ECG
2,5E+09
1
201
401
601
801
1001
1201
1401
1601
1801
2001
2201
2401
2601
2801
3001
3201
3401
3601
3801
4001
4201
4401
4601
4801
5001
5201
5401
5601
5801
6001
6201
6401
6601
6801
7001
7201
7401
7601
7801
8001
8201
Potencial Cardíaco (pV)
A figura 2 representa os gráficos gerados a partir dos dados obtidos nesta atividade.
Tempo (ms)
Figura 2 - Gráficos gerados a partir dos dados coletados referentes à segunda atividade do
laboratório de Pressão Arterial. (a) representa o ritmo cardíaco; (b)representa a liberacao do ar no
manguito.
Conforme observado, a frequência cardíaca aumentou devido à atividade de
subir e descer escadas rapidamente. Como os dados gerados não armazenam o
valor da pressão arterial e sim a sua visualização na tela, tanto a primeira atividade
quanto a segunda se mostraram normais entre a faixa aceitável de pressão arterial.
De acordo com a figura 2, a pressão arterial da segunda atividade (137 mmHg)
mostrou-se com valores maiores que a primeira de (126 mmHg), apresentada na
figura 1.
Oximetria de Pulso
Para oximetria de pulso, os três testes evidenciaram os seguintes resultados:
na primeira atividade foi definido que o indivíduo deveria se manter relaxado e
respirando normalmente.
ECG
Potencial Cardíaco (pV)
2,50E+09
2,00E+09
1,50E+09
1,00E+09
5,00E+08
0,00E+00
6751
6501
6251
6001
5751
5501
5251
5001
4751
4501
4251
4001
3751
3501
3251
3001
2751
2501
2251
2001
1751
1501
1251
a
1001
751
501
251
1
-5,00E+08
Tempo (ms)
Esforço Respiratório
Expansão do Cinto
1,50E+10
1,00E+10
5,00E+09
0,00E+00
-5,00E+09
-1,00E+10
6751
6501
6251
6001
5751
5501
5251
5001
4751
4501
4251
4001
3751
3501
3251
3001
2751
2501
2251
2001
1751
1501
1251
751
501
1001
b
251
1
-1,50E+10
Tempo (ms)
Figura 3 - Gráficos gerados a partir dos dados coletado na primeira atividade referente ao laboratório
o de oximetria de pulso. (a) representa o ritmo cardíaco; (b) representa a espansao do cinto de
esforço respiratório.
O intervalo de coleta de dados para este teste foi de aproximadamente 15 s.
Como aconteceu dos dados da pressão arterial não serem gravados nos em
arquivos e sim visualizados, na oximetria de pulso o nível de saturação é, também,
visualizado e para este teste o nível ficou na marca de 98%.
O segundo teste refere-se a prender a respiração por poucos segundos, sendo
que o tempo sugerido é de aproximadamente dez segundos. Os gráficos dos dados
gerados estão apresentados na figura 4:
Potencial Cardíaco (pV)
ECG
1,5E+09
1,0E+09
5,0E+08
0,0E+00
-5,0E+08
1
a
201
401
601
Cinto Respiratório
2,0E+10
Exforço Respiratório
801 1001 1201 1401 1601 1801 2001 2201 2401 2601 2801 3001
Tempo (ms)
1,5E+10
1,0E+10
5,0E+09
0,0E+00
-5,0E+09
1
b
201
401
601
801 1001 1201 1401 1601 1801 2001 2201 2401 2601 2801 3001
Tempo (ms)
Figura 4 - Gráficos gerados a partir dos dados coletados da segunda atividade do laboratório de
Oximetria de Pulso. (a) representa o ritmo cardíaco;(b) representa a expansão do cinto de esforço
respiratório.
Nesta atividade evidencia-se pouca alternância de variação do esforço
respiratório, e como explicado anteriormente, o valor da saturação não é gravado
junto com os dados, somente visualizado. Neste caso, o tempo desta atividade foi de
5 s, o qual observou-se uma queda gradual do valor de saturação de oxigênio,
chegando num valor aproximado de 92% de saturação.
Na terceira e última atividade, o principal objetivo era verificar possíveis
artefatos que podem ocorrem ao movimentar a mão que está o sensor de dedo.
Potencial Cardíaco (pV)
3,E+09
ECG
2,E+09
1,E+09
0,E+00
-1,E+09
-2,E+09
-3,E+09
a
Tempo (ms)
Cinto Respiratório
Esforço Respiratório
6,E+09
4,E+09
2,E+09
0,E+00
-2,E+09
-4,E+09
-6,E+09
-8,E+09
b
Tempo (ms)
Figura 5 - Gráficos gerados a partir dos dados coletados referentes a terceira atividade do laboratório
de Oximetria de Pulso. (a) representa o rtmo cardiaco; (b)representa a expansão do cinto de esforço
respiratório.
No teste de artefato, a variação variou de 85 a 97 % de saturação, mas o que
ficou mais evidente foi que os valores do potencial elétrico e do esforço respiratório
ficaram comprometidos pelo movimento da mão, modificando os sinais devido ao
ruído produzido pelo movimento.
CONCLUSÃO
A grande dificuldade encontrada na realização dos testes foi a percepção que o
software disponibilizado apesar de constar em seus manuais, não possui todos os
recursos disponíveis. Muitas atividades necessitam modificar ou ter acesso ao
algoritmo do software, porém como trata-se de um programa de código fechado não
há possibilidade deste recurso, além do que muitos ícones não respondem conforme
previsto quando realiza-se uma atividade, impossibilitando os testes e a inclusão dos
mesmos em aulas laboratoriais futuras. Todas as atividades citadas acima
evidenciaram resultados significativos, como níveis normais para pressão arterial,
que variavam entre os valores normais aceitos por profissionais da saúde (entre 120
e 140 mmHg para PAS e entre 80 e 85 mmHg para PAD), e valores superiores que
90% para a oximetria de pulso, além de apresentarem bom desempenho e potencial
para serem desenvolvidas em salas de aula futuramente.
Os gráficos gerados a partir dos dados da primeira atividade de pressão arterial
demonstram que o pico do gráfico 1-a reduz gradualmente quando se libera a
pressão exercida pelo manguito quando o indivíduo estiver relaxado. Enquanto que
na atividade 2, devido a atividade intensa exercida anteriormente a gravação dos
dados, o ritmo cardíaco é intenso mesmo após a liberação da pressão exercida pelo
manguito, evidenciando que quando há uma atividade intensa o musculo cardíaco
aumenta o ritmo mantendo o potencial de ação que contrai o musculo em uma faixa
de pouca variação.
Nas atividades de oximetria de pulso a primeira atividade evidenciou um ritmo
cardíaco normal relacionado com uma expansão satisfatória da caixa torácica
quando o indivíduo permanece relaxado e com nível normal de oximetria, sendo este
98%. Na segunda atividade, após prender a respiração por aproximadamente dez
segundos, o ritmo cardíaca diminui, evidenciando que o período apresentado temos
seis picos em aproximadamente três segundo enquanto que na primeira atividade
referencial nesse mesmo intervalo de três segundo obtemos sete picos, enquanto a
expansão do cinto, é maior na segunda atividade, devido ao período anterior sem
entrada de ar oxigênio no organismo, forçando o corpo a de imediato inspirar mais
oxigênio, expandindo os pulmões até aproximadamente seu máximo de volume, e
ao longo das inspirações diminuir a quantidade de expansão dos pulmões. Nesta
atividade o nível de saturação de oxigênio ficou abaixo do normal, ficando apenas
com 92%, devido a interrupção da inspiração por um período curto, evidenciando
que esse mecanismo orgânico é de extrema importância na manutenção da vida. Na
terceira como o principal foco foi a demonstração de artefatos que dificultariam a
análise dos dados, quando movimentamos a mão que está sendo monitorada pelo
oxímetro, este movimento altera o valor normal, evidenciando que em uma pessoa
que não tem problemas na respiração e que normalmente possui uma saturação na
faixa de normalidade, o sinal captado devido a este movimento simples provoca uma
leitura errônea do equipamento, ficando evidente quando visualizado na interface do
software sua alta variação de saturação, sendo que os gráficos gerados a partir do
sinal tiveram também uma leitura errônea devido ao movimento gerado pelo braço.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Os dois temas propostos, Pressão Arterial e Oximetria de Pulso, não devem
ser tratados superficialmente, uma vez que ambos envolvem sistemas complexos do
corpo humano, processos distintos de difícil compreensão, e vitais para a
manutenção da vida. Como mostrado nas apostilas relacionadas, o intuito principal
dos temas é a compreensão dos métodos e processo da pressão arterial e oximetria
de pulso, visando estudos futuros de desenvolvimento de novos dispositivos.
Apesar dos contratempos enfrentados, todos os testes relacionados a Pressão
Arterial e Oximetria de Pulso foram reproduzidos e adaptados para as aulas de
laboratório, sem nenhuma dificuldade que impossibilite sua execução.
BIBLIOGRAFIA
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BOYLESTAD, R., Introdução a Analise de Circuitos, 2006.
BOYLESTAD, R., Dispositivos Eletrônicos, 2012.
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Comportamento. Appleton and Lange, Norwalk, Connecticut, 1998
RHOADES
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PHLANZER. Phisiologia Humana, 3ª Edição. Saunders College
Publishing, Forth Worth, 1996.
WEBSTER, J.G. Instrumentação Médica: Aplicação e Projeto, 3ª Edição. 1998 pp 469472
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VANDER, A., SHERMAN, J., LUCIANO, D. Fisiologia humana: os mecanismos do
funcionamento do corpo. McGraw Hill. Boston, MA. 2001 pp 484-488.
NORMANN, R.A. Principles of Bioinstrumentation, John Wiley and Sons, New
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