Oxímetros de Pulso e sensores

Carta de apresentação

Santo André,    de        de 20__.

À Ilustríssima Pró-Reitora de Pesquisa,

Profª. Dra. Marcela Sorelli Carneiro Ramos

        Encaminho o relatório do aluno Jonas Santos Marma referente ao projeto de pesquisa junto ao programa de Iniciação Científica na modalidade (PIC, PIBIC, PIBIC-AF, PDPD, PIBITI ou Jovens Talentos)  no edital (número do edital).

        

(descrever o desempenho do aluno durante a pesquisa).

        

        Nome e assinatura do Orientador:

1.Resumo das atividades realizadas no período

Neste projeto, foram fabricados filmes finos de ITO e ITON para serem utilizados como sensores de luz na construção de um oxímetro de pulso. Para tanto foi utilizado um display de LCD conectado a uma plataforma de prototipagem Arduino programada para receber o sinal analógico do sensor de intensidade de luz e associar seus valores à concentração de oxigênio no sangue do usuário. Também foi feita uma engenharia reversa em um oxímetro de pulso comercial e comparações de resposta espectral entre sensores de ITO e células fotovoltaicas comuns.

2.Introdução:

2.1. Histórico do Oxímetro de pulso

Um oxímetro de pulso é um equipamento médico não-invasivo que se utiliza do método trans-cutâneo para determinar a saturação de oxigênio no sangue arterial (SpO2) em tempo real.

Para tanto, o aparelho se aproveita das mudanças da densidade óptica do sangue em função de sua saturação de oxigênio. Através da lei de Beer Lambert, que permite determinar a concentração de um dado soluto através da absorbância da solução, é possível então computar a saturação do oxigênio no sangue.

Houveram diversos aparelhos antecessores ao oxímetro de pulso, mas todos tiveram uma característica em comum: para a realização dos cálculos, era necessário um valor de referência, o que dificultava sua utilização, já que precisavam ser constantemente calibrados. [1,2,3]

O primeiro oxímetro de pulso, de fato, foi inventado por uma equipe de pesquisadores da Divisão de Pesquisa de Nihon Kohden em 1972: o aparelho era capaz de estabelecer um valor de referência a partir de pequenas oscilações da densidade óptica do sangue a cada pulso sanguíneo, se calibrando automaticamente, o que deu ao aparelho o nome de oxímetro de pulso.  

As características principais de um oxímetro de pulso são sua capacidade de efetuar medições apenas com luz em dois comprimentos de onda: vermelho e infravermelho (~650nm e ~950nm, respectivamente), sua capacidade de monitorar a frequência de batimentos cardíacos a partir dos valores de referência e sua medição seletiva da oxigenação do sangue arterial, não sendo afetada pelo sangue venoso e particularidades da pele do usuário, como os esmaltes, sendo essa característica herdada de aparelhos anteriores. [1,2,3]

2.2.Empregos do Oxímetro de Pulso:

Takuo Aoyagi, principal colaborador da equipe de pesquisadores citada anteriormente, inicialmente se interessava pela utilização de seu oxímetro de pulso para monitorar a oxigenação do sangue recém-nascidos, bem como seus batimentos cardíacos, mas rapidamente o aparelho passou a ser utilizado em tratamentos anestésicos, unidades de tratamento intensivo, em transportes em ambulâncias e em diversas outras situações de emergência, representando uma importância considerável na área médica. [4,5]

3.Objetivos:

O objetivo deste trabalho foi implementar uma plataforma de prototipagem Arduino para fazer o processamento de dados enviados por sensores de filme fino de ITO e ITON, utilizando os mesmos para simular um oxímetro de pulso. Para tanto, foi também feita uma engenharia reversa em um oxímetro de pulso comercial, observando seus principais componentes e princípios de funcionamento e comparações de resposta espectral entre o sensor do oxímetro comercial, o sensor de ITO, o sensor de ITON e uma célula solar comum.

4.Metodologia

4.1.Montagem da Réplica do Oxímetro de Pulso

A montagem do circuito deve obedecer o diagrama (figura 1). O circuito contém duas fontes de luz e um fotodetector, que é usado para medir a quantidade de oxigênio combinada com hemoglobina. O usuário deve inserir o tecido a ser analisado entre as fontes de luz e o fotodetector. As duas fontes consistem em uma luz vermelha e uma infravermelha pois a variação do sinal é somente promovida pela característica de absorção da luz vermelha e infravermelha da hemoglobina oxigenada e desoxigenada, uma vez que a hemoglobina oxigenada absorve mais luz infravermelha e permite mais luz vermelha atravessar, enquanto a hemoglobina desoxigenada absorve mais luz vermelha e deixa passar mais luz infravermelha. Os resultados da montagem do circuito se encontram na seção 5.1.

[pic 1]

Figura 1: Esquema de montagem do sensor.

4.2.Software para a Réplica do Oxímetro de Pulso

Foi montado um algoritmo muito simples para a aquisição e processamento dos dados recebidos pelo sensor, representado em diagrama de blocos na figura a seguir:

[pic 2]

Figura 2: Representação em diagrama de blocos do algoritmo implementado.

4.3.Engenharia Reversa no Oxímetro de Pulso Comercial

Foi feita uma engenharia reversa no oxímetro de pulso comercial para observar melhor seu funcionamento e possibilitar uma comparação entre o sensor presente dentro deste e o sensor de ITO. As conclusões tiradas disto se encontram na seção 5.3 Segue uma foto mostrando o aspecto do oxímetro de pulso analisado:

[pic 3]

Figura 3:Oxímetro de pulso comercial JZK - 302 antes de ser desmontado.

4.4.Análise Espectral:

Foi utilizado um aparelho de laboratório contendo uma fonte de luz que atravessa três filtros rotativos, que por sua vez continham lentes que permitiam a especificação comprimentos de onda de 350nm até 1100nm, com passo de 50nm para medir a resposta espectral (em nanoampéres) do sensor de ITO utilizado no circuito e uma célula fotovoltaica comum. Um gráfico representando os resultados obtidos se encontra na seção 5.4 Segue uma fotografia do equipamento utilizado: