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Volume e Velocidade
Mariane Matias
Joyce Moraes
João Pedro T. Dentelo
Gustavo D. M. Madeira
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Apresentação da técnica
Conceitos biológicos envolvidos
Conceitos e métodos físicos envolvidos
Construção do transdutor
Implementação do sensor desenvolvido
Conclusão
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Trabalho desenvolvido por Roberto Barcelos Costa Filho, conforme referencia [1].
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Realizar medidas de volume e velocidade do fluxo sanguíneo com alta confiabilidade através de um transdutor relativamente fácil de ser elaborado.
Algumas doenças conduzem aumento do fluxo sanguíneo local (infecções e inflamações) ao passo que outras, como a aterosclerose, insuficiência cardíaca e diabetes, podem causar um decréscimo do fluxo.
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O sistema circulatório e o f luxo sanguíneo
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Sistema circulatório: tem a função de atender às necessidades dos tecidos.
Artérias;
Arteríolas;
Capilares;
Vênulas;
Veias.
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É um líquido viscoso composto de células e plasma;
A viscosidade depende diretamente do hematócrito (quantidade do sangue composta de glóbulos vermelhos)
O plasma faz parte do líquido extra celular;
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Quantidade de sangue que passa por um determinado ponto da circulação num dado período de tempo.
A taxa de fluxo sanguíneo é determinada pelo gradiente de pressão entre duas extremidades no vaso sanguíneo, e pela pressão absoluta no vaso.
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Q é o fluxo sanguíneo;
P1 e P2 são as pressões nas extremidades do vaso;
R é a resistência vascular;
RPPQ /)( 12
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Características desejadas, teoria e aplicação.
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Volume de sangue bombeado em cada ventrículo num intervalo de tempo;
Medida do fluxo sanguíneo nesse trabalho será a medida do débito cardíaco;
Proporcional a superfície do corpo;
Valores típicos do DC: Homem: 6,0 l/min; Mulher: 5,0 l/min;
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Rápida e de fácil execução;
Resultados confiáveis e reprodutíveis;
Nenhum dano ou reações indesejadas;
Evitar complicações cirúrgicas e anestésicas
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Relação do débito cardíaco com o consumo temporal de oxigênio e as concentrações.
V´: fluxo sanguíneo(l/min);
(dm/dt): consumo de oxigênio(l/min);
Ca: concentração arterial de de oxigênio;
Cv: concentração venosa de oxigênio.
´ ( / ) /( )a vV dm dt C C
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Concentração arterial de oxigênio: amostra sanguínea de qualquer artéria, menos a pulmonar.
Concentração venosa de oxigênio: amostra sanguínea da artéria pulmonar.
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Neste caso, o consumo de oxigênio é medido por um espirômetro.
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Vantagens:
- Os resultados obtidos por este método são bastante confiáveis e exatos para o fluxo e para o volume sanguíneo;
Desvantagens:
- Requer condições fisiológicas relativamente constantes;
- Constitui um método invasivo;
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Construção e Implementação
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Instrumento utilizado na medida de fluxos e volumes pulmonares durante movimentos de inspiração e expiração.
Monitoramento do pulmão, acompanhamento da função respiratória pré-operatória, investigação e confirmação de diagnósticos em doenças como enfisema pulmonar, bronquite crônica, asma, dentre outras.
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Hardware e Software
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Bloco Transdutor
Bloco A/D
Bloco Microprocessador
Bloco USB
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A principal função de um transdutor é realizar a transformação de grandezas físicas em grandezas elétricas.
Grandeza física desejada: fluxo de ar emitido no exercício de expiração.
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Fluxo de ar
Rotação da hélice
Frequência de saída proporcional ao fluxo de ar.
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CI LM2907, conversor de frequência em tensão, com amplificadores e comparadores internos.
Frequências próxima a 2KHz, dentro da faixa de conversão do equipamento, com limite de 3885 KHz
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Transformar os dados analógicos em digitais para que sejam utilizados pelo computador.
ADC0808, conversor A/D com até oito entradas de dispositivos, simultaneamente.
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Microprocessador: enviar os dados provenientes do conversor A/D para o bloco USB, controlando a taxa de transmissão dos dados para o computador.
Microprocessador 8051
USB: é receber os dados enviados pelo microprocessador e estabelecer a comunicação com o computador.
Conector CON 04 pino 8
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Objetivo: permitir a comunicação do hardware desenvolvido, com o computador, de forma simples e eficaz.
O software realiza a leitura das amostras utilizando a porta USB, armazena as informações em banco de dados e gera resultados com as amostras recolhidas.
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Linguagem C++, baseado em orientação a objetos, com rápida manutenção e desenvolvimento de novas funcionalidades.
O banco de dados Paradox, de fácil instalação e responde de forma rápida e eficiente às necessidades da aplicação.
Aplicativo para realizar a instalação do software de maneira rápida e prática em computadores com configurações mínimas.
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Realizar os cadastros
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Recolhendo a amostra
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Calibração, resposta e cálculo.
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Hospital das Clínicas de Curitiba, com o auxílio do setor de Engenharia Clínica.
Calibrador de respiradores pulmonares que gera fluxos de ar constantes e conhecidos.
Aplicava-se um fluxo de ar constante e verificava-se qual era o valor correspondente na leitura do computador, associando um valor de fluxo para cada valor possível do transdutor.
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Curva de resposta do transdutor, associando um valor de tensão para cada valor de fluxo de ar.
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Componente Valor (R$)
A/D 0808 27,00
Micropocessador 8051 8,00
Eprom 8,00
AmpOP 1,70
LM2907 4,30
Placa padrão USB 5,00
Placa padrão A/D 5,00
Placa padrão kit 8031 15,00
700 horas de trabalho Valor Total: 74,00
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Fluxo = V´ [l/min]
Volume = V [l]
Velocidade do fluxo sanguíneo = v [cm/s]
Tempo = t [s]
Área da veia ou artéria = A [cm^2]
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𝐹𝑙𝑢𝑥𝑜 =𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒
𝑇𝑒𝑚𝑝𝑜𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 = 𝐹𝑙𝑢𝑥𝑜 ∗ 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑜
Utilizando-se um período de tempo infinitesimal:
𝑑𝑉 = 𝑉´ 𝑡 ∗ 𝑑𝑡
𝑉 =
𝑡0
𝑡𝑓
𝑉´ 𝑡 𝑑𝑡
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𝑉 = 𝑡0
𝑡𝑓𝑉´ 𝑡 𝑑𝑡
*Imagem meramente ilustrativa
Os pontos a e b são correspondentes no tempo a duas batidas do coração. A área sobre a função V´ se trata do volume.
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Optou-se pelo método do Trapézio.
Adequado quando a função não é conhecida ou possuium tratamento analítico muito difícil.
- Somatório das diversas áreas dos trapézios formados,obtendo assim o somatório do volume em cada instantee o volume total do sangue.
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Fluxo é expresso em l/min e o tempo em segundos;
Resultado expresso em litros e seria multiplicado por um fator c = 1/60, para o resultado ser representado em litros.
𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 =𝑙
𝑚𝑖𝑛× 𝑠 =
𝑙
60𝑠× 𝑠 =
𝑙
60= 𝑐𝑙
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Para calcular a velocidade, usa-se:
v = V´/A
Grandezas dependentes do tempo.
Velocidade instantânea ou média.
Porém o transdutor não é capaz de verificar o
comportamento da área da veia ou artéria de acordo com o tempo.
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Valores da área de veias e artériaspara um adulto saudável, levando-seem conta a expansão e contração dealgumas dessas. Então umaaproximação superficial seria aseguinte equação:
𝑣𝑚 =𝑉´1
𝐴1+𝑉´2
𝐴2
2
V´1 o menor fluxo entre doisbatimentos;
V´2 o maior fluxo entre doisbatimentos;
A1 a menor área da veia ou artéria;
A2 a maior área da veia ou artéria, paraum adulto saudável.
- A1 (cm^2) A2 (cm^2)
Aorta 30,19 38,48
Artérias elásticas 0,03 0,50
Artérias musculares 0,001 0,031
Arteríolas 0,0000031 0,0000126
Capilares 0,0000011 0,0000031
Vênulas 0,0000031 0,0000126
Veias 0,001 0,785
Veia cava 12,57 19,63
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Medição acompanhada da área investigada pelo tempo.
Seria necessário um outro transdutor para mostrar o comportamento da área chegando assim na velocidade.
Procurar outra forma para calcular a velocidade.
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Nova interface, na qual introduz-se os valores de concentração venosa e arterial de oxigênio no sangue.
Incorporação de volume e fluxo sanguíneo na linguagem de programação.
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• Espirômetro medindo as concentrações arterial e venosa de oxigênio, tornando-se um método não invasivo;
• Obtenção da área da artéria ou veia para o cálculo da velocidade sanguínea, ou até mesmo encontrar outro método para o cálculo da velocidade;
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Vantagens:- Dados confiáveis e reprodutíveis.
- Método com aplicações principais na área respiratória, aplicado em outras áreas da saúde;
- Baixo custo;
Desvantagens:
- Não é capaz de calcular a velocidade sanguínea.
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Modelo de transdutor de fácil implementação, cuja construção depende de:
- Conhecimento biológico básico.
- Conhecimento em eletrônica.
- Conhecimento em programação.
- Conhecimento Cálculo numérico.
- Visão física.
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[1]http://www.up.edu.br/blogs/engenharia-da-computacao/wp-content/uploads/sites/6/2015/06/2005.18.pdf
[2]https://pt.wikipedia.org/wiki/D%C3%A9bito_card%C3%ADaco
[3]http://livrozilla.com/doc/52825/transdutores-de-fluxo-sangu%C3%ADneo