Trabalho escrito

Mestrado Integrado Engenharia Biomédica, IST/FML
1.º Ano, 2.º Semestre
Lisboa, Portugal
Bio-Electricidade
Dispositivos Eléctricos
Oxímetro de Pulso
Fonte: www.gaesca.com
Ana Luísa Batista, n.º 69443
Bárbara Caravela, n.º 69776
Bárbara Góis, n.º 70305
18 de Maio de 2011
Dispositivos Eléctricos – Oxímetro de Pulso
Ana Luísa Batista, Bárbara Caravela, Bárbara Góis
Índice
INTRODUÇÃO .......................................................................................................................................... 3
PALAVRAS-CHAVE ................................................................................................................................... 3
HISTÓRIA DO OXÍMETRO......................................................................................................................... 4
OXÍMETRO DE PULSO .............................................................................................................................. 5
Tipos .................................................................................................................................................... 5
Funcionamento ................................................................................................................................... 6
Métodos de envio de radiação........................................................................................................ 6
Lei de Beer-Lambert ........................................................................................................................ 6
Constituição e funções do oxímetro de pulso ................................................................................. 7
Ratio V/IV e SpO2 ............................................................................................................................. 8
Aplicações Clínicas............................................................................................................................... 9
Meios clínicos e aplicações da oximetria de pulso.......................................................................... 9
Limitações ......................................................................................................................................... 10
CONCLUSÃO .......................................................................................................................................... 11
BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................................................ 12
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Dispositivos Eléctricos – Oxímetro de Pulso
Ana Luísa Batista, Bárbara Caravela, Bárbara Góis
INTRODUÇÃO
O assunto investigado para a realização deste trabalho é o oxímetro de pulso, integrado no
tema Dispositivos Eléctricos.
As principais razões que levaram o grupo ao estudo desse assunto foram o acesso a bastante
informação acerca do mesmo, bem como a sua grande aplicabilidade na área da Medicina.
Para a elaboração da monografia, optou-se por fazer uma pesquisa o mais detalhada possível
sobre o tema escolhido, dividindo tarefas, de maneira equitativa, pelos três elementos do grupo.
Posteriormente, reuniu-se toda a informação e procedeu-se à discussão dos resultados obtidos, de
modo a obter o produto final desejado.
As fontes utilizadas são todas provenientes da Internet, uma vez que o grupo não encontrou
qualquer informação em livros ou outro tipo de material em suporte de papel. Mesmo assim,
conseguiu-se consultar alguns artigos em suporte digital, e pensa-se que a informação recolhida é
suficiente para atingir os objectivos do trabalho.
A estrutura do trabalho inicia-se com a referência à história do oxímetro, seguida da
definição de oxímetro de pulso e dos tipos de oxímetros de pulso existentes. Também estão incluídos
na estrutura o modo de funcionamento do dispositivo, as suas aplicações clínicas e as suas
limitações, com o objectivo de aprofundar o tema desenvolvido e de mostrar o quão útil é um
aparelho como o oxímetro de pulso nos nossos dias.
PALAVRAS-CHAVE
•
•
•
Oxigénio
Hemoglobina
Radiação
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HISTÓRIA DO OXÍMETRO
A oximetria teve a sua origem no ano de 1935, quando uma equipa de investigadores
alemães, nomeadamente Karl Matthes, conseguiu medir continuamente a saturação de oxigénio no
sangue in vivo por transiluminação tecidual. Para tal, utilizaram um espectrofotómetro, instrumento
que mede diferentes comprimentos de onda e intensidades de luz.
Em 1940, um investigador britânico, Glenn Millikan (Ilustração 1), inventou um fone de
ouvido de pouco peso que utiliza a luz vermelha e a infravermelha para medir a saturação de
oxigénio da hemoglobina. Aquele era usado na pesquisa da aviação, na investigação de problemas de
hipoxia em alta altitude. Nasceu, assim, o primeiro oxímetro de orelha. Os seus valores eram
subjectivos, porque o equipamento não estava calibrado. Foi ainda Millikan que utilizou pela
primeira vez o termo oxímetro.
Após inúmeros aperfeiçoamentos, Robert Shaw, em 1964, conseguiu construir um oxímetro
de auto calibragem de orelha.
Em 1970, a Hewlett-Packard Corporation introduziu no mercado o oxímetro para uso na
Medicina. No ano seguinte, Takuo Aoyagi (Ilustração 2) conseguiu a patente do primeiro oxímetro de
pulso.
A maior alteração que ocorreu desde os oxímetros 8-wavelength Hewlett-Packard dos anos
70 até aos oxímetros de hoje foi a inclusão da pulsação arterial, para diferenciar a absorção de luz no
local de medição devido à pele, tecido e sangue venoso da absorção por parte do sangue arterial.
Ilustração 1 - Glenn Millikan.
Ilustração 2 - Takuo Aoyagi.
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OXÍMETRO DE PULSO
O oxímetro de pulso é um dispositivo eléctrico médico, não-invasivo, que permite a medição
da saturação de oxigénio no sangue, bem como da frequência cardíaca. Graças a este equipamento,
é possível realizar uma rápida detecção de situações de hipoxia, que por vezes se podem tornar
fatais. A monitorização em tempo real da saturação de oxigénio no sangue também permite o
acompanhamento da progressão da condição médica do paciente.
Tipos
De uma forma geral, os oxímetros de pulso têm todos os mesmos princípios de
funcionamento, diferindo apenas no seu design, portabilidade e modo de colocação. De seguida, são
apresentados alguns exemplos (Ilustrações 3, 4 e 5):
Ilustração 3 - Oxímetro de pulso
portátil (de colocação no dedo).
Ilustração 4 - Oxímetro de pulso
portátil (de colocação no pulso).
Ilustração 5 - Oxímetro de pulso hospitalar.
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Funcionamento
Métodos de envio de radiação
Existem dois métodos de envio de radiação (Ilustração 6) através do local de medição:
•
•
Transmissão – o emissor e o fotodetector estão opostos um ao outro com o local de
medição entre eles. A luz pode então passar através do local.
Reflexão – o emissor e o fotodetector estão um ao lado do outro no topo do local de
medição. A luz sai do emissor para o detector através do local.
O método de transmissão é o tipo mais comum, pelo que será o método abordado neste
trabalho.
Ilustração 6 - Métodos de envio da radiação num
oxímetro de pulso.
Lei de Beer-Lambert
A lei de Beer-Lambert
Lambert (Ilustração 7) é o fundamento básico para o funcionamento do
oxímetro de pulso. Para medir a intensidade de luz que passa através de um meio, aquela
a
lei pode
ser expressa pela seguinte equação:
ࡵ ൌ ࡵ૙ ൈ ࢋିࢻࢊࢉ
solução
I – Intensidade luminosa transmitida (mcd);
I0 – Intensidade de luz incidente (mcd);
α – Coeficiente de absorção do meio (cm2/mol);
d – Distância percorrida pela luz (cm);
c – Concentração do meio (mol/cm3).
Ilustração 7 - Esquema ilustrativo da
Lei de Beer-Lambert.
O conhecimento da saturação de oxigénio do sangue arterial resulta da aplicação deste
princípio, que estabelece que a concentração de um soluto dissolvido num solvente pode ser
determinada pelo seu grau de absorção luminosa.
lumino
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Constituição e funções do oxímetro de pulso
A funcionalidade do oxímetro de pulso baseia-se na transmissão de duas luzes com
diferentes comprimentos de onda através do tecido e da camada vascular pulsátil. São usadas duas
fontes distintas de luz, devido às diferentes propriedades da hemoglobina oxigenada e desoxigenada
(Gráfico 1). Especificamente, a hemoglobina oxigenada (HbO2) – sangue arterial – absorve de forma
máxima na região infravermelha – IV – (dos 850nm aos 1000nm), enquanto a hemoglobina
desoxigenada (Hb) – sangue venoso – absorve maximamente na banda da radiação vermelha – V –
(dos 600nm aos 750nm). Consequentemente, os oxímetros de pulso modernos são construídos com
díodos emissores de luz (LEDs) IV de 910nm/940nm e V de 660nm.
Gráfico 1 - Relação entre comprimento de onda da
radiação e capacidade de absorção do meio.
Quando é colocada uma sonda de um oxímetro de pulso numa extremidade do paciente, os
dois LEDs transmitem luz através dessa extremidade. Uma porção de luz é absorvida pela pele, tecido
muscular, osso e sangue venoso. Esta porção de luz absorvida é considerada a componente estática
do sinal (DC). Contudo, existe uma variação da intensidade da luz, que é detectada pelo oxímetro de
pulso, que se deve ao fluxo pulsátil nas artérias e arteríolas durante a diástole e a sístole (Ilustração
8). Esta parte do sinal é vista como a componente alterna do sinal (AC), que compromete apenas
uma pequena componente do mesmo e pode ser isolada removendo a componente DC.
Ilustração 8 - Esquema da absorção de luz no meio (componentes AC e DC).
A frequência cardíaca é calculada por medição do intervalo de tempo entre a detecção dos
picos da forma de onda luminosa IV. O inverso desta medida é mostrado como frequência cardíaca.
As luzes V e IV dos LEDs passam através de um local razoavelmente translúcido com um bom
fluxo de sangue. Os locais típicos de medição nos adultos são o dedo da mão, o dedo do pé, o topo
ou o lobo da orelha, enquanto nas crianças são o pé ou a palma da mão e o polegar do pé ou da mão.
No local de medição existem absorvedores de luz constante que estão sempre presentes, já
referidos anteriormente, como a pele, o tecido, o sangue venoso e o sangue arterial. Apesar disso,
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com cada batimento cardíaco, o coração contrai e há uma vaga de sangue
sangu arterial, que
momentaneamente aumenta o volume de sangue arterial através do local de medição. Esta situação
resulta numa maior absorção de luz durante a vaga. Os sinais de luz recebidos no fotodetector são
vistos como uma ‘forma de onda’, pelo que existem
existem picos com cada batimento cardíaco e depressões
entre batimentos cardíacos (Gráfico 2).
2). No caso de a absorção de luz na depressão (que deve incluir
todos os absorvedores constantes) ser subtraída à absorção de luz no pico, então, teoricamente, os
resultados
dos são as características de absorção devidas ao volume adicionado de sangue, que é arterial.
Uma vez que os picos ocorrem com cada batimento do coração ou pulso, foi criado o termo
“oximetria de pulso”.
Gráfico 2 - Absorção de luz através de tecido vivo.
Ratio V/IV e SpO2
Depois de os sinais V e IV transmitidos atravessarem o local de medição e serem recebidos
pelo fotodetector, o ratio V/IV é calculado da seguinte forma:
A componente AC é a variação pico a pico
pico do sinal na frequência cardíaca e a componente DC
é a média de toda a intensidade de luz transmitida, tanto para o comprimento de luz vermelha ((v)
como para o da infravermelha (iv
iv).
O valor obtido é comparado com uma tabela ‘modelo’ que converte o ratio num valor de
SpO2 (nível de saturação de oxigénio no sangue).
sangue). A maioria dos fabricantes tem as suas próprias
tabelas ‘modelo’, com base em curvas de calibração provenientes de indivíduos saudáveis a vários
níveis de SpO2. Tipicamente, um ratio V/IV de 0.5 equivale aproximadamente a 100% de SpO2, um
ratio de 1.0 corresponde aproximadamente a 81%/82% de SpO2, e um ratio de 2.0 equivale a 0% de
SpO2.
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Aplicações Clínicas
O oxímetro de pulso tem ganho aprovação a nível clínico nos últimos anos. O
desenvolvimento do microprocessador, o melhor design do sensor aplicado ao paciente e o
aperfeiçoamento dos algoritmos utilizados no processamento da informação recolhida, contribuíram
para uma maior aceitação por parte dos profissionais de saúde relativamente ao uso deste
dispositivo eléctrico.
Actualmente, todos os pacientes que necessitam de oxigénio ou ventilação mecânica,
independentemente do local em que se encontrem, podem beneficiar do uso do oxímetro de pulso.
Esta situação pode consistir numa monitorização contínua ou em testes de diagnóstico ocasionais.
Meios clínicos e aplicações da oximetria de pulso
1. Anestesia
a. Em bloco operatório /Anestesia geral (Ilustração 9)
b. Monitorização durante uma sedação consciente (Ilustração 10)
2. Unidades de cuidados intensivos
3. Neonatologia
a. Cuidados intensivos
b. Enfermagem neonatal
c. Salas de parto
4. Transportes
a. Interno (dentro do hospital)
b. Externo (Ambulância/Transporte aéreo)
Ilustração 9 - Anestesia.
5. Diagnóstico de laboratório
a. Laboratório PFT (Pulmonary Function Testing)
b. Laboratório de exercício
c. Laboratório de sono (Ilustração 11)
6. Centros de cuidados subagudos
7. Cuidados domiciliários
8. Outras condições do paciente
a. Avaliação do fluxo sanguíneo
b. Paragem cardiorespiratória
c. Asma
d. Convulsões
Ilustração 10 - Monitorização.
9. Em conjunto com outras modalidades
a. Oximetria Dual (SpO2 e SvO2)
b. Outros
Ilustração 11 - Laboratório de sono.
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Limitações
Existem muitas variáveis que afectam as leituras dos oxímetros de pulso. A presença de
hemoglobina disfuncional pode produzir erros na leitura do aparelho médico. A hemoglobina
disfuncional representa a hemoglobina que é incapaz de vincular e transportar o oxigénio. O
oxímetro de pulso mede a hemoglobina funcional que pode transportar oxigénio e não detecta
qualquer hemoglobina disfuncional que pode estar presente. Portanto, a leitura calculada do
oxímetro de pulso é maior do que a saturação de oxigénio arterial (SaO2). SaO2 define-se como o
nível de saturação de oxigénio na hemoglobina, medida através de amostras obtidas de punção
arterial e é geralmente calculado com um co-oxímetro, uma técnica invasiva que é a peça chave para
a medição clínica da saturação de oxigénio.
Há outras condições médicas que podem causar leituras imprecisas do oxímetro, por
exemplo, qualquer condição que provoca vasoconstrição, hipotermia, estado de choque ou baixa
perfusão. Além disso, a utilização de determinados corantes durante procedimentos cirúrgicos, como
o indiocarmine ou o metileno azul, pode interferir com a transmissão de luz através das
extremidades e causar um erro na leitura do oxímetro de pulso.
Por outro lado, existem alguns factores não médicos que podem causar leituras imprecisas,
nos quais se destacam a interferência da luz causada por fontes externas, grandes movimentos
frequentes pelo sujeito ou a utilização de um sensor impróprio para uma área de aplicação.
Em suma, faz-se uma indicação de vários factores que perturbam o funcionamento normal
do oxímetro de pulso:
1. Movimentos corporais
2. Perfusão baixa
3. Carboxi-hemoglobina
4. Metaemoglobina
5. Hemoglobina (Ilustração 12) disfuncional
6. Bilirrubina
Ilustração 12 - Hemoglobina.
7. Interferência luminosa
8.
Corantes intravasculares (Ilustração 13)
9.
Unhas envernizadas
10. Electrocautério
Ilustração 13 - Corantes
intravasculares.
11. Hipoxia localizada
12. Imagem por ressonância magnética (MRI)
13. Sensor mal posicionado (efeito penumbra)
14. Anemia falciforme (Ilustração 14)
Ilustração 14 - Anemia
falciforme.
15. Nível de SaO2 baixo (<70%)
16. Sensor de temperatura local
17. Queimaduras
18. Necrose por pressão (Ilustração 15)
Ilustração 15 - Necrose por
pressão.
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CONCLUSÃO
O oxímetro de pulso é, sem dúvida, um dispositivo essencial nos dias que correm, tendo
permitido melhorar substancialmente o diagnóstico de várias situações clínicas, por vezes
potencialmente graves. Ainda assim, aquele equipamento apresenta algumas limitações quanto ao
seu normal funcionamento, que espera-se que com a evolução da tecnologia e da ciência possam vir
diminuindo, inovando-se até a forma de leitura e análise de dados realizada pelo aparelho.
Como possibilidade para posteriores trabalhos sobre o mesmo assunto, fica a sugestão de se
realizar um estudo mais aprofundado acerca do modo como a calibração do oxímetro de pulso é
feita, de forma a dar-se a conversão do ratio V/IV para o nível de SpO2.
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BIBLIOGRAFIA
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www.oximetry.org, consultado em 12/5/11.
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em 12/5/11.
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Developing World , 2005. www.ieee.org , consultado em 12/5/11.
FERNANDES, Reinaldo e LUCATELLI, Marcos Vinicius e OJEDA, Renato Garcia, «Ensaios para Avaliação
de Funcionalidade de Oxímetros de Pulso», Memorias II Congreso Latinoamericano de Ingeniería
Biomédica, 2001. www.hab2001.sld.cu, consultado em 12/5/11.
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