Neste artigo tratamos de um equipamento de grande importância no monitoramento do estado de um paciente que é o Oxímetro de Pulso, e explicamos justamente como funciona a oximetria de pulso. Também sugerimos soluções de projetos nessa área, baseadas em componentes da Texas Instruments (www.ti.com).
Nota: O artigo é de 2007
A oximetria de pulso consiste em um método muito simples, e não invasivo, de se monitorar a porcentagem de hemoglobina que está saturada de oxigênio.
Como se sabe, o sangue carrega oxigênio para o nosso corpo através da hemoglobina. Essa hemoglobina absorve o oxigênio no pulmão e através da corrente sanguínea, o transporta para todo o corpo onde ele é necessário.
Monitorando-se a presença de oxigênio na hemoglobina é possível saber se um paciente está vivo, sendo esse, portanto um dos sinais vitais usados nas UTIs para acompanhar o estado de um paciente crítico.
Assim, nos casos em que a oxigenação do sangue de um paciente é instável, como após uma operação ou numa situação que exija um tratamento intensivo, o Oxímetro que mede essa oxigenação consiste em um equipamento importante.
Mas, não é apenas nos hospitais e clínicas que a oximetria de pulso se revela um recurso importante para o monitoramento da oxigenação de uma pessoa.
Em aeronaves, ela pode ser utilizada pelos pilotos para indicar um estado de despressurização, ou em qualquer outra situação em que alguém necessite de uma oxigenação suplementar.
Durante uma cirurgia ela pode ser usada para monitorar a oxigenação durante a anestesia e no caso de ventilação artificial (para doenças respiratórias) serve para monitorar o estado do paciente. Mesmo no caso de uma endoscopia, esse equipamento pode detectar problemas associados a uma hipóxia (falta de oxigenação).
Como funciona
Uma maneira simples de se medir a oxigenação de uma pessoa é através da mudança da transparência do sangue pela presença da hemoglobina saturada de oxigênio.
Assim, o que se faz é colocar no dedo do paciente um sensor constituído por dois LEDs emissores, sendo um de luz vermelha (650 nm) e outro infravermelho (IR), e do lado oposto um 2° sensor, conforme mostra a figura 1. Também existe a possibilidade de se aplicar o sensor nos lobos das orelhas, mas essa não é uma prática muito comum.
A absorção dos dois comprimentos de onda depende do grau de saturação da hemoglobina. Isso significa que medindo a intensidade da radiação dos dois LEDs que passa através do dedo, é possível computar a proporção de hemoglobina que está oxigenada. O sangue oxigenado passa da cor vermelha clara para escura (e até azulada) quando não saturado de oxigênio.
Como a passagem das duas radiações também é modulada pela pulsação, ou seja, pelas variações do fluxo sanguíneo, o oxímetro também pode ser usado para monitorar esse fluxo, fornecendo um gráfico conforme ilustra a figura 2.
Ligando-se um oxímetro a um computador, é possível ter informações adicionais sobre o sistema circulatório de um paciente separando-se apenas o fluxo arterial, sem levar em conta o fluxo venoso.
Na figura 3 vemos o espectro de absorção do sangue (hemoglobina) para os dois comprimentos de onda utilizados.
O Circuito Eletrônico
Um oxímetro básico consiste, portanto, em um sistema sensor que possui dois LEDs (um vermelho e um infravermelho que focalizam sua radiação sobre um sensor (fotodiodo), capaz de responder aos dois comprimentos de onda.
O acionamento dos sensores pode ser feito de modo rápido alternado de maneira que apenas um sensor seja suficiente para trabalhar com os sinais, multiplexando-os numa saída.
Essa saída é aplicada a um amplificador operacional de alta estabilidade, próprio para esse tipo de aplicação, o qual deve vir calibrado de fábrica, uma vez que se exige uma precisão dentro de 2% para a faixa de oxigenação de 70 a 100%. Lembramos que a oxigenação ideal deve ser superior a 95%.
Quando a oxigenação cai abaixo de 90%, muitos oxímetros devem ter seu ganho aumentado e, além disso, disparar um alarme. O sinal do amplificador será enviado a um microprocessador que vai converter esse sinal para a forma digital de modo que ele possa ser aplicado a um display ou interfaceado a um computador (ou outro equipamento), além de fornecer saídas (I/O) acionando alarmes ou outros recursos que possam ser necessários à aplicação.
É claro que também devem ser considerados os casos em que o oxímetro não indica problemas que possam ocorrer com um paciente. Um deles ocorre em relação ao nível de CO2 no sangue, que não pode ser detectado por esse tipo de equipamento.
Soluções para projetos
A TI possui na sua linha de produtos, que são indicados para aplicações médicas. No documento "Information for Medical Applications" - que pode ser baixado no site da empresa - encontramos um exemplo de aplicação para Oximetria de Pulso, com o IVC102 para amplificação do sinal do fotodiodo, podendo serem usados dois, para o caso de sensores separados (situação em que a multiplexação não é feita).
Na figura 4 temos o diagrama de um circuito de entrada típico de um oxímetro sugerido pela Texas. As formas de onda obtidas nesse circuito a partir do fotodiodo sensor são apresentadas na figura 5.
Esse amplificador possibilita a utilização de um circuito de amostragem sincronizado numa frequência múltipla da linha de corrente alternada, o que ajuda na rejeição de ruídos. Um outro circuito indicado pela Texas Instruments para essa aplicação é exibido na figura 6.
Esse circuito se caracteriza pelo uso de dois amplificadores operacionais existentes em um OPA380 e utiliza alimentação simples de 5 V.
No projeto de equipamentos desse tipo devem ser levados em conta alguns desafios, dado o tipo de sinal com que se trabalha. Os amplificadores de transimpedância utilizados devem ter baixa corrente de polarização de entrada em toda faixa de temperaturas de trabalho, baixa capacitância de entrada em relação à capacitância do fotodiodo, alto produto ganho-faixa passante, baixo ruído de tensão e para a máxima precisão não deve haver desvio de características na faixa de temperaturas de operação.
Conclusão
A disponibilidade de componentes que facilitam o projeto desse tipo de equipamento os torna acessíveis ao desenvolvedor que pretenda criar seu próprio produto nessa área. Empresas como a Texas Instruments possuem além de ampla documentação, um suporte técnico que pode ajudar os interessados. Acesse www.ti.com/sd brasil/index.htm
