PEB/COPPE/UFRJ Oxímetros de Pulso Angelo Bernardo Brasil de Souza Fabiana Silva dos Santos PEB/COPPE/UFRJ COB 783 Medição de Fenômenos Biológicos

PEB/COPPE/UFRJPEB/COPPE/UFRJ

Oxímetros de PulsoOxímetros de Pulso

Angelo Bernardo Brasil de SouzaAngelo Bernardo Brasil de SouzaFabiana Silva dos SantosFabiana Silva dos Santos

PEB/COPPE/UFRJPEB/COPPE/UFRJCOB 783COB 783

Medição de Fenômenos BiológicosMedição de Fenômenos Biológicos


IntroduçãoIntrodução HistóricoHistórico

- 1940: Medidas de saturação arterial de oxigênio → Têmpora;1940: Medidas de saturação arterial de oxigênio → Têmpora;

- 1960: LEDs e fotodiodos; Oxímetro intravascular 1960: LEDs e fotodiodos; Oxímetro intravascular Polanyi et alPolanyi et al;;

- 1970: Avanço da oximetria → Surgimento de diversos problemas;1970: Avanço da oximetria → Surgimento de diversos problemas;

- 1980: Oximetria óptica convencional + Pletismografia = Oximetria de 1980: Oximetria óptica convencional + Pletismografia = Oximetria de pulso.pulso.


Tipo de SensorTipo de Sensor Sensor óptico;Sensor óptico; Vantagens;Vantagens; Componentes: Componentes:

‒ Fonte de luz ou componente emissor luz (LED); Fonte de luz ou componente emissor luz (LED); ‒ componente detector de luz (fotodiodo ou fotosensor).componente detector de luz (fotodiodo ou fotosensor).

Fonte de luz

Modo de interação

Elemento fotosensor

LED TransmissãoReflexão

Fotodiodo


ConstituintesConstituintes

LEDLED- LLight ight EEmitting mitting DDiodeiode ou ou

DDiodo iodo EEmissor de missor de LLuz;uz;- Diodo semicondutor;Diodo semicondutor;- Luz monocromática.Luz monocromática.


Constituintes Constituintes O LED como um semicondutor:O LED como um semicondutor:

- Banda de valência → Ocupada por elétrons;Banda de valência → Ocupada por elétrons;

- Banda de condução → Vazia;Banda de condução → Vazia;

- Perda de energia → Fótons;Perda de energia → Fótons;

- Adição de impurezas → Dopagem;Adição de impurezas → Dopagem;

- 2 tipos de semicondutores: 2 tipos de semicondutores: - tipo-p (impureza doadora) e tipo-n (impureza aceitadora).tipo-p (impureza doadora) e tipo-n (impureza aceitadora).


ConstituintesConstituintesLEDLED

- Arsenieto de gálioArsenieto de gálio(GaAs):(GaAs): - Radiação infravermelha (700 Radiação infravermelha (700 m – 1 mm);m – 1 mm);- Se dopado com fósforo → Luz visívelSe dopado com fósforo → Luz visível

- Vermelho (630 – 780 Vermelho (630 – 780 m);m);- Amarelo (565 – 590 Amarelo (565 – 590 m).m).

- Fosfato de gálioFosfato de gálio (GaP) (GaP) - Se dopado de nitrogênio: Se dopado de nitrogênio:

- Verde (490 – 565 Verde (490 – 565 m);m);- Amarelo (565 – 590 Amarelo (565 – 590 m).m).


Modos de captação da luzModos de captação da luz Classificação dos oxímetros→ Captação da luz:Classificação dos oxímetros→ Captação da luz:

‒ Transmissão ou espalhamento;Transmissão ou espalhamento;‒ Reflexão ou retroespalhamento.Reflexão ou retroespalhamento.


Absorção da luzAbsorção da luz- Absorção → Comprimento de onda dependente;Absorção → Comprimento de onda dependente;

- Hemoglobina (Hb):Hemoglobina (Hb):- Maior absorção: 450 a 550 nm;Maior absorção: 450 a 550 nm;- Menor abosrção: 600 a 1000 nm.Menor abosrção: 600 a 1000 nm.

- Oxiemoglobina (HbOOxiemoglobina (HbO22) X Hb: ) X Hb: - HbOHbO2 2 →→ 660nm 660nm →→ menor absorção. menor absorção.


Espectro de absorçãoEspectro de absorçãoHbOHbO2 2 X HbX Hb


Modos de captação da luzModos de captação da luz Constante macroscópica de absorção do sangueConstante macroscópica de absorção do sangue

Sendo:Sendo:‒ σσoo é a secção de choque de absorção para a HbO;é a secção de choque de absorção para a HbO;

‒ σσrr é a secção de choque de absorção para a Hb;é a secção de choque de absorção para a Hb;

‒ SOSO22 é a saturação de O é a saturação de O2 2 no sangue;no sangue;‒ H/VH/V é a concentração de hematócritos no sange. é a concentração de hematócritos no sange.

)1( 22 SOSOVH

VHK rob


Modos de captação da luzModos de captação da luz Constante macroscópica de espalhamentoConstante macroscópica de espalhamento

Sendo:Sendo:‒ σσss = = σσss

++ + + σσss-- é a secção de choque de espalhamento; é a secção de choque de espalhamento;

‒ HH é o percentual de homogeneidade; é o percentual de homogeneidade;‒ SOSO22 é a saturação de O é a saturação de O2 2 no sangue;no sangue;‒ H/VH/V é a concentração de hematócritos no sange. é a concentração de hematócritos no sange.

VHS sb H

VHHSS sbb 11'


Elemento FotosensorElemento FotosensorFotodiodoFotodiodo- Conversão energia luminosa → Elétrica;Conversão energia luminosa → Elétrica;

Fótons → Transferem Energia → Elétrons → Mudança de NívelFótons → Transferem Energia → Elétrons → Mudança de Nível

- Semicondutor de polarização reversa;Semicondutor de polarização reversa;

- Modos de operação: fotocondutiva, fotovoltaicaModos de operação: fotocondutiva, fotovoltaica


FotodiodoFotodiodoCélula FotovoltaicaCélula Fotovoltaica


FotodiodoFotodiodoCélula FotocondutivaCélula Fotocondutiva


Interação LED-FotodiodoInteração LED-Fotodiodo LEDs : emitem luz;LEDs : emitem luz;

Luz incide sobre o fotodiodo;Luz incide sobre o fotodiodo;

Fótons penetram o semicondutor; Fótons penetram o semicondutor;

Transferem sua energia para os elétrons; Transferem sua energia para os elétrons;

Elétrons difundem-se pelo semicondutor; Elétrons difundem-se pelo semicondutor;

Fluxo de corrente Fluxo de corrente intensidade luminosa incidente. intensidade luminosa incidente.


Interação LED-FotodiodoInteração LED-FotodiodoNo oxímetro:No oxímetro:

),(),(),( 0 tTtItID

)(),(),( DDD EtItJ

dEtTtItJ DD )(),(),(),( 0


Tipo de configurações Tipo de configurações Modo de transmissãoModo de transmissão

Spranger, 2004


Tipo de configurações Tipo de configurações Modo de ReflexãoModo de Reflexão

Spranger, 2004


Parâmetros do SensorParâmetros do SensorCalibraçãoCalibração

Calibração in vivoCalibração in vivo

iv

iv

v

v

DCACDCAC

ivivvv

R

minmaxlog

minmaxlog

Castro et al., 2005


Parâmetros do sensorParâmetros do sensor SensibilidadeSensibilidade: : Sinal de saída/IntensidadeSinal de saída/Intensidade luminosaluminosa- Área de região ativaÁrea de região ativa

- Intensidade de luz incidenteIntensidade de luz incidente

- Tipo de encapsulamentoTipo de encapsulamento

- Ganho interno do detectorGanho interno do detector

Ushizima


Parâmetros do sensorParâmetros do sensorPrecisãoPrecisão

‒ SpO2i é o i-ésimo valor de SpO2 estimado

‒ SpO2fit,i é o i-ésimo valor de SpO2 ajustado pela curva polinomial

2

)(1

2,22

n

SpOSpOSDR

n

iifiti


Parâmetros do sensorParâmetros do sensorExatidãoExatidão

- Valor eficaz da diferença entre:Valor eficaz da diferença entre:- Valores estimados pelo oxímetro de pulso (Valores estimados pelo oxímetro de pulso (SpO2iSpO2i) ) - Valores de referência (Valores de referência (SRiSRi))

Castro et al., 2005

n

SSpORMS

n

iRii

1

22 )(


Parâmetros do SensorParâmetros do SensorAcurácia:Acurácia:

- 1% ou maior: Saturações >80%;1% ou maior: Saturações >80%;

- Para saturações <70%: Para saturações <70%: - Mannheimer Mannheimer et al.,et al., 735nm e 890 nm 735nm e 890 nm


Aplicação do sensor: Oximetria de pulsoAplicação do sensor: Oximetria de pulso

IndicaçõesIndicações

‒ Procedimentos anestésicosProcedimentos anestésicos

‒ Unidades de terapia intensivaUnidades de terapia intensiva

‒ Transporte de pacientes: ambulância, procedimentos Transporte de pacientes: ambulância, procedimentos de emergência e outros.de emergência e outros.


Oximetria de PulsoOximetria de Pulso Princípios de funcionamento:Princípios de funcionamento:

1.1. Espectrofotometria:Espectrofotometria:- Absorção HbO2 X Hb;Absorção HbO2 X Hb;

- HbO2: mais HbO2: mais iv;iv;

- Hb: mais Hb: mais v.v.


Oximetria de PulsoOximetria de Pulso

2.2. Pletismografia:Pletismografia:‒ Variação: volume de sangue e absorçãoVariação: volume de sangue e absorção

‒ Absorção da luz no local da Absorção da luz no local da probe:probe:

‒ Componentes : Componentes : ‒ pulsáteis (variáveis, Iac);pulsáteis (variáveis, Iac);‒ não pulsáteis (constantes, Idc).não pulsáteis (constantes, Idc).


PletismografiaPletismografiaComponentes Componentes IacIac e e IdcIdc

Ushizima & Spranger, 2004


Oximetria de pulsoOximetria de pulsoModo de obtenção da curvaModo de obtenção da curvaYoshida et al.Yoshida et al. , 1980: 2 , 1980: 2 λλ

805

805

650

650

2

log

log

IdcIacIdcIac

BASapO


Oximetria de PulsoOximetria de Pulso Modo de obtenção da SpO2Modo de obtenção da SpO2- Atualmente: 660 nm (vermelho) e 940nm (infravermelhoAtualmente: 660 nm (vermelho) e 940nm (infravermelho))

- sinal : filtrado e condicionado tensão adequados – conversão sinal : filtrado e condicionado tensão adequados – conversão A/DA/D

- sinal digital : processado –> visor SpO2sinal digital : processado –> visor SpO2

Spranger, 2004 & Felizardo, 2002 Spranger, 2004 & Felizardo, 2002


Oximetria de pulso: Visor Oximetria de pulso: Visor


Oximetria de pulsoOximetria de pulso SpO2 obtida representa:SpO2 obtida representa:

SpO2 : Valores normais, 21% : 96% e 100%.SpO2 : Valores normais, 21% : 96% e 100%.

100%2

22

HbHbOHbO

SpO


Oximetria de PulsoOximetria de PulsoTipos de probeTipos de probe

Spranger, 2004 apud Fearnley, 1995


FATORES QUE PREJUDICAM A FATORES QUE PREJUDICAM A OXIMETRIAOXIMETRIA

Fatores técnicos:Fatores técnicos:- Interferências ópticas;Interferências ópticas;

- Campo magnético → Ressonância magnética;Campo magnético → Ressonância magnética;

- Artefatos de movimento;Artefatos de movimento;

- Esmalte de unha: Esmalte de unha: - Rodden Rodden et al.et al. , 2007; , 2007;- Significância estatística, mas não clínica;Significância estatística, mas não clínica;- Diferença SpO2<1%.Diferença SpO2<1%.


FATORES QUE PREJUDICAM A FATORES QUE PREJUDICAM A OXIMETRIAOXIMETRIA

Fatores clínicos:Fatores clínicos:- Fraca atividade pulsátil;Fraca atividade pulsátil;

- Anemia;Anemia;

- Corantes intravasculares;Corantes intravasculares;

- Hemoglobinas não funcionais:Hemoglobinas não funcionais:- carboxiemoglobinas (HbCO);carboxiemoglobinas (HbCO);- metemoglobinas (metaHbmetemoglobinas (metaHb).).

MIYAKE et al., 2003

Documents

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