RBE. VOL.6 N.2 1989
MONITOR RESPIRATóRIO UT~LIZANDO SENSOR CAPACITIVO
(SEM CONTATO COM O PACIENTE)
E. L. Alonso Jr', C. M. Campos Neto'
RESUMO --
Este trabalha re~ere-se ao desenvolvimento,
montagem e testes iniciais de um monitor respiratória,
para
medições da atividade respiratória neonatal
sem
contato direta com a
paciente.
O princípio utilizado
explora o e~eito capacitivo existente entre um sensor e o
tórax. O sensor constitui-se de uma das placas capacitivas, enquanto a outra é o tórax.
Basicamente o
transdutor é
composta de um oscilador operando na
freqü~ncia de
5 MHz,
com o elemento capacitivo
(placa
metálica) fazendo parte do circuito tanque. Com a movimento respiratório,
a distAncia do tórax em relaç~o ao
sensor será traduzida eletricamente numa variaç30 de
capacitAncia, acarretando um desvio da ~reqü~ncia central
de oscilação do transdutor.
Posteriormente o sinal
é
demodulado em
freqüência,
filtrada
e
amplificado,
obtendo-se desta forma um sinal analógico correspondente
;ao movimento respiratório. O monitor possui
ainda um
circuito de supervisão de ocorrência de apnéia.
INTRODUI;;AO
A apnéia prolongada,
definida como pausa respiratória de
duração maior que 16(s),
podem provocar graves conseqüências em
neonatal. São vários as processas que podem desencadear uma apnéia:
Hemorragia Intra-cranian;a
causada par
traumatismo de parta,
Síndrome do Descon~orto Respiratório,
Doença Cardíaca Congênita,
entre outras.
Diversas estudas realizados (7)
concluiram que a
ocorrência da apnéia tem como conseqüências importantes danos
fisiológicas como a mani~estaç30 da hipertensão sistêmica e pulmonar, comprometimento neurol6gico, e até provocar a morte súbita
do. in~ante (SMIS).
Experiências realizadas
(7)
demonstram que
existe correlaç3o entre a ~reqüência e a duraç30 das pausas respiratór-ias com a risco de ocorrência da SMIS.
O sucesso no tratamento da insuficiência respiratória depende,
na grande maioria dos casos. da precocidade da diagnóstico e da
rapidez com que se iniciam as medidas terapêuticas.
Devido a necessidade de monitorar a respiraç30 e com o desenvolvimento da eletrOnica surgiram os monitores de respiraç30 para
auxiliar _o atendimento em berçários, UTI's neonatal e pediátrica.
,
Instituto Dante Pazzanese
São Paulo -SP, Brasil.
de Cardiologia/Fundação
488
Adib Jatene,
o~ diferent~s
princípios de
respiratórion 540:
transduçao empregados pelos monitores
Termistor: Posicionado na saída da cavidade nasall
- Strain-Gauge:
ao redor de tóra>: I
Utilizado preso a uma cinta elástica colocada
- Eletrodos Metálicos: Colo.cados
como eletrodos de ECG.
sobre o
tóra>: do paciente,
A proposta desse trabalho consiste no desenvolvimento, construçao e testes de um monitor respiratório altenativo utilizando um
trandutor cap&citivo.
cuja vantagem principal
~
nao apresentar
contato com o pacie~te.
~
DESCRIÇAD DO PROJETO
aasicam~nte
o equipamento consiste em duas partes:
um
transdutor c&pacitivo e
uma unidade analógica de processamento,
conforme apresentado no diagra~a de blocos da Figura I.
a transdutor constitui-se de um oscilador tipo Clapp, operando
na f~eqüência de 5 MHz, cujO elemento de tranduç30 é o capacitor
que campOs o circuito tanque, responsável
pelo valor central de
oscilaç!o (Figura 2).
a elemento sansor é uma placa metálica retangular de dimensOes
9>:13cm, que energizada produz um campo el~trico variável de bai>:a
intensid.de.
Partindo do princípio que objetos na vizin~ança do trandutor
Qfetivamente aterrados
(4),
na faixa de freqüência de
operaç~o do o~cilador, ser.i formado um capacitor entre a placa sensora e tórax do paciente. Desta forma, deslocamentos superficiais
devido-a respiração irão traduzir-s8 em desvio da freqü~ncia central de oscilaç30.
est30
Na saída. do transdutor tem-se um sinal senoidal modulado em
freqüência que entrará no circuito de demodulação. Utilizou-se o
princípio
PLL (~hased Locked Loop> , o qual facilita o síncronismci
com o transdutor numa faiXA ampla.
o sinal demodulado passa por um circuito de ajuste de linha de
base. para eliminar a variaçlo do nível DC durante o posicionamento
do transdutor em relação ao tórax, Como o espectro de freqüência do
sinal respiratório est.i compreendido entre 0,05 Hz e 3 Hz
(7)
projetou-s~ um filtro passa faixa de 0,01 Hz a 7 Hz.
Apó~
respiraçSo
ajust~v~l.
as
filtragens e correção da linha de b~se, o sinal de
passa
para um estágio de amplificaç30 com ganho
A import~ncia deste ajumte é o controle do operador
489
sobre a amplitude do sinal respiratório, nas diversas distâncias de
posicionamento do transdutor.
o monitor possui um circuito de deteção da pausa respiratória
para lOs ou 20s.
Possui uma saída analógica pará um registrador e
um indicador de amplitude tipo galvanômetro no painel frontal.
TESTES DO TRANSDUTOR
Para avaliar a linearidade e a focalização da trandutor alguns
testes foram realizados.
Na Figura 3 pode ser verificada a curva referente a distância
entre o transdutor e o abjeto a ser detectado
(placa metálica
30mmx30mm). Cama na prática o movimento respiratória são pequenos,
a resposta pode se considerada linear.
Na Figura 4 pode ser verificada a focalização da transdutor. A
curva de focalização foi
levantada pela deslocamento lateral (d)
de um p~queno cuba metálico (10mmxl0mmxl0mm), posicionado às várias
distâncias do transdutor. Esse deslocamento foi feito no semi-plano
definida pela placa sensora. O cuba foi deslocado de uma maneira a
obter 5 pontos par curva, para uma distância h, os quais foram
interpolados. Pode-se observar pela curva que foi conseguido um
desvia de freqüência de oscilação maior na regiªo central.
TESTES EM PACIENTES
O aparelho foi testada em dois prematuros, que se encontravam
em estufas.
O transdutor foi posicionado sabre o abdÔmen a uma
distância média de 20 em.
O primeira prematura se encontrava em freqüentes apnéias, que
foram detectadas pelo aparelho,
segundo o médico avaliação que
colaborou com os testes.
No segundo experimento foi
executada a monitorização em
prematura com administração de oxigênio. Durante o teste, a taxa do
oxigênio foi
propositalmente reduzida gradativamente,
até ficar
totalmente desligada.
Nesta fase foi constatada que a amplitude do
sinal respiratória se manteve inalterada.
Foram feitos alguns registros da respiração em um adl~lto
normal, que foi instruído para realizar algumas manobras:
- Apnéia pós-expiratória
manter pulmões vazios após a
expiração, Figura 5A;
- Apnéia
pós-inspiratória - reter o ar nos pulmões após a
inspiração, Figura 5B;
- Apnéia nor~al - simplesmente parar de respirar, Figura 6.
490
CONCLUSAO
um
método
o monitor respiratório proposto constitui
informações do movimento respialternativo capaz de fornecer
ratório, sem que haja contato direto com o paciente o que ocorre
com outros tipos sensores.
Os testes realizados, embora em ndmero reduzido de pacientes
Idoisl, mostraram que este monitor oferece as informações necessárias para o controle na respiração do neonato e pela simplicidade
do uso.
Um fator de interferência neste tipo de sensor é que qualquer
movimento que não o respiratório será detectado pelo aparelho, o
que é
um ponto negativo na apnéia obstrutiva.
Neste caso haverá
movimento do
neonato e
o aparelho não acusará o bloqueio
respiratório. Foi percebido a necessidade de processar digitalmente
de forma a analizar padrões para reconhecer tal situação ou outras
que ainda não foram experimentadas.
Com r~lação
a alimentação do transdutor, atualmente feita por
tensão, notou-se a necessidade de alterar para fonte de corrente,
pClis o movimento do cabo de interligação transdutor/aparelho causa
interferência central de oscilação.
Durante os testes com os dois prematuros, o transdutor ~oi
colocado dentro da estufa,
pois a distância máxima para uma boa
captação do sinal é de apenas 20cm, o que impossibilitou posiciónálo sobre a estufa.
Este incoveniente é atualmente uma limitaçgo,
concluindo que será necessário reavaliar a sensibilidade do sen~nr,
sendo que uma alternativa é a minimização do tamanho para que se
possa ser esterilizado e posicionado dentro da estufa.
REFEFc~NCIAS
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to
")ariat.ons
Illtor-!~HJ
Resi.stivity",
CAPACITIVE NEONATAL RESPIRATORV MONITOR
ABSTRACT ---The p"'esent ,~o .... k .... efe.... s to the development,
noncontacting
neonatal
assembly and
tests
of
Respir'atory Monitor-.
The t .... ansduce.... e>:plo .... es the elet .... ic
inte.... action between
a sensor plate and
the thorax,
resulting in a variable
capacitar, this capacitar belongs to the tunning circuit
Df a 5MHz give wave oscillator.
The supe.... fic' ai
.... espirato.... y displacement of the thorax
with the ~lectrically conversed in a perturbaticn of the
transducer centr'al oscillatian fr-equency~ i.e., frequency
modulat.ion ..
This signal
IEEE,
10, Pagas 102-710.
pa;;ses thr-ougtl a pl'·ocassing unit composed tJy
demodulating, ftlt .... ation and amplification,
ci .... cuit the
outPLlt is
arl arlalog signal corr-esponding to the thoraxic
moviement.
This
monitor
own
the apncea
ocorrency
supervision circuito
492
• U(JIIf)
701
FIGURA-2
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1;~lIId' f..- NU.. ' 4,8
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