SINAIS VITAIS"

Campo da Invenção

[001] A presente invenção se refere a um sistema para zeramento automático e ajuste eletronico do nível do transdutor de pressão aplicado a monitores de sinais vitais, empregados em hospitais ou em outras aplicações onde seja necessário o monitoramento de pacientes.

Histórico da Invenção

[002] Como é conhecido dos técnicos versados no assunto, o monitoramento de alguns sinais vitais é feito de modo invasivo, para permitir observar e controlar a condição hemodinâmica de pacientes internados em Unidades de Tratamento Intensivo (UTI) ou quando submetidos a cirurgias de alta complexidade. Esse controle impõe, dentre outros, o monitoramento contínuo, e em tempo real, das pressões intravasculares do paciente, sendo também possível o monitoramento da pressão interna às câmaras do coração e principais veias e artérias, como átrios, ventrículos, artéria pulmonar, veia cava e artéria aorta.

[003] Para a implementação do monitoramento de pressão intravascular do modo convencional são necessários diversos componentes que constituem o sistema de observação e controle. A Figura 1 exemplifica um esquema convencional de monitoramento de pressão, onde se destacam o suporte de soro (1 ), a bolsa pressurizada (2), o transdutor de pressão descartável (3), o suporte do transdutor (4), a torneira de três vias (5), a linha de pressão não complacente (6) com soro fisiológico conectada ao corpo do paciente por meio de cateter (7), o cabo de interface (8) e o monitor de pressão (9), sendo todos esses componentes adequadamente interligados, funcionando como um sistema de monitoramento da pressão sanguínea.

[004] Os monitores atuais consistem de mainframe ou console, onde estão instaladas a CPU, a tela e a interface com o usuário, contendo ainda circuitos dedicados relativos a cada parâmetro a ser monitorado, além de incorporarem conectores e cabos, necessários para a conexão com os respectivos sensores.

[005] Como se observa da Figura 1 , na implementação do monitoramento da pressão invasiva é imprescindível o emprego de componentes que, face à complexidade das suas operações, exigem a presença de profissionais capacitados e treinados, para que não ocorra nenhum imprevisto e se obtenha um monitoramento de qualidade.

[006] Os procedimentos exigidos na implementação do monitoramento da pressão invasiva do paciente, incluem a punção arterial ou venosa e a instalação do cateter apropriado, que deve ser realizada por médico qualificado; a instalação do circuito do transdutor de pressão, e o "priming" ào circuito, sua montagem no suporte e conexão com o monitor; o zeramento do monitor, e o nivelamento do transdutor com a linha média axilar do paciente, que são geralmente feitos pela enfermagem.

[007] No zeramento dos monitores disponíveis no estado da técnica é usado circuito que exige o zeramento do transdutor de pressão antes de se iniciar o monitoramento do paciente. No zeramento do transdutor de pressão, este é exposto à pressão atmosférica, sendo acionado um comando no monitor para informá-lo que a pressão que está sendo medida é a pressão atmosférica. Esse procedimento é necessário tendo em vista que os transdutores de pressão em geral são do tipo ponte de "Wheatstone", como ilustrado na Figura 2. Este tipo de circuito fornece, na sua saída, uma tensão diferencial proporcional à pressão aplicada ao sensor; assim, se aplicada uma pressão positiva ao sensor, a tensão +Out será maior que a tensão -Out, onde o inverso também acontece. Por outro lado, quando a pressão aplicada é zero, ou seja, igual à pressão atmosférica, as tensões +Out e -Out são iguais. Devido à configuração do circuito, que é formado geralmente por quatro resistências iguais ligadas em ponte, as tensões +Out e -Out, na condição de pressão zero, são iguais à metade da tensão (+ln) - a tensão (-In), e, como geralmente a tensão -In é conectada ao terra, tem-se que as tensões +Out e - Out são iguais a -ln/2, na condição de zero. Para amplificar o sinal do sensor de pressão, que é muito pequeno, é utilizado geralmente um circuito amplificador, do tipo diferencial, que amplifica a diferença entre duas tensões aplicadas às suas entradas; portanto, dependendo da pressão aplicada ao sensor, o amplificador diferencial apresentará tensões positivas ou negativas em sua saída.

[008] A maioria dos conversores analógicos-digitais existentes no mercado, que são responsáveis pela conversão do valor analógico de tensão em valor numérico a ser processado pelo microprocessador para cálculo da pressão, só aceitam valores positivos de tensão, e, para resolver este problema, a maioria dos circuitos utilizados por esses monitores utiliza um artifício conhecido como "terra virtual", que altera a referência do circuito do terra para um valor positivo, geralmente + Vcc/2, igual à tensão na saída do sensor de pressão na condição de pressão zero; porém, devido às características do sensor de pressão e dos componentes utilizados nos circuitos, é difícil garantir exatamente qual a tensão equivalente ao "terra virtual".

[009] Objetivando superar essa dificuldade foi criado o sistema de zeramento do transdutor de pressão segundo a presente invenção. Vale ressaltar que, embora seja considerado necessário e normal pela maioria dos usuários, o procedimento de zeramento do transdutor é, na verdade, um grande inconveniente, visto que, além de ser imprescindível sua realização antes do início do monitoramento, deve ainda ser repetida a cada 8 horas, devido à ocorrência de um fenómeno conhecido como "zero drift" ou desvio do zero, comum à maioria dos sensores de pressão; ademais, este procedimento só deve ser feito após o "warm-up time" do sensor, pois, se executado antes, não teria utilidade, devido ao desvio que ocorre após o referido intervalo de tempo.

[0010] As características do estado da técnica acima citadas representam grandes inconvenientes aos pacientes, tanto em procedimentos de urgência como em procedimentos de transporte, pois, nessas situações, o monitoramento da pressão deve ser iniciado o mais rápido possível, sendo cada segundo perdido crucial para a manutenção da segurança do paciente. Outro importante fator é que, cada vez mais, os sistemas de invasão e de acesso vascular estão se tornando sistemas fechados, para evitar contaminação do paciente por exposição ao ar ambiente, porém, durante o zeramento, é necessário abrir o sistema e expor o transdutor à pressão atmosférica, sendo realizado geralmente pela abertura de uma torneira de três vias para o ar ambiente, expondo, assim, o paciente à contaminação; além disso, é comum o escorrimento do soro fisiológico pelo conector da torneira de três vias, podendo atingir o conector do transdutor de pressão, levando ao mau funcionamento deste.

[0011] Outra importante questão relacionada ao monitoramento da pressão é o nivelamento do transdutor em relação à linha média axilar do paciente, o qual se faz necessário porque, como o circuito que liga o transdutor de pressão ao cateter está preenchido com soro fisiológico e como se quer medir a pressão do paciente em relação ao coração, se houver desnível entre a torneira de três vias do transdutor e o coração do paciente, haverá erro de leitura de pressão igual ao desnível em unidades de cmhteO e, na medida em que a pressão é medida em mmHg, para cada centímetro de desnível positivo teremos erro de aproximadamente 0,7 mmHg, o que obriga que o transdutor seja montado na altura da linha média axilar do paciente. Tal necessidade impõe também que o transdutor seja nivelado toda vez que o paciente muda de posição, para evitar erros de leitura. [0012] Assim, em face dos graves problemas citados anteriormente, é objetivo da presente invenção prover um sistema de zeramento e ajuste eletronico do nível do transdutor de pressão aplicados a monitor de sinais vitais, com vistas a solucionar tais problemas e também outros decorrentes aqui não mencionados.

Descrição Resumida da Invenção

[0013] A presente invenção consiste em um circuito capaz de monitorar a pressão do paciente, compreendendo o zeramento automático e ajuste eletronico do nível do transdutor de pressão em relação ao paciente, alcançando características imprescindíveis para melhor atender suas finalidades.

Breve Descrição das Figuras

[0014] O sistema de zeramento automático e ajuste eletronico do nível do transdutor de pressão em relação ao paciente, segundo a presente invenção, será melhor compreendido a partir das figuras ilustrativas em anexo, as quais de uma forma esquemática e não limitativa do seu escopo representam:

- Figura 1 - Sistema típico de monitoramento de pressão invasivo do estado da técnica;

- Figura 2 - Esquema de um circuito de um transdutor de pressão do tipo ponte de "Wheatstone" do estado da técnica;

- Figura 3 - Diagrama de blocos que caracteriza um circuito tradicional de medição de pressão;

- Figura 4 - O diagrama de blocos que caracteriza o circuito de medição de pressão segundo a presente invenção. Descrição Detalhada da Invenção

[0015] As Figuras 1 e 2 referentes ao monitor e ao circuito do tipo ponte de "wheatstone" do estado da técnica já foram acima descritas para referência.

[0016] Assim, a presente invenção fornece o zeramento automático e ajuste eletronico do nível do transdutor de pressão em relação ao paciente, de forma a proporcionar ao conjunto a desnecessidade de executar o zeramento do sensor de pressão, tanto no início como a cada 8 horas, bastando conectar o transdutor de pressão ao monitor e iniciar o monitoramento da pressão.

[0017] No diagrama de blocos da Figura 3 é revelado um circuito tradicional de medição de pressão, no qual a referência flutuante faz parte do cálculo do valor da pressão; isto é, supondo o uso de um conversor analógico-digital de 10 bits, este indicará, na sua saída, valores entre 0 e 1023, que representam tensões entre 0 e Vref, e supondo que Vref é igual a +Vcc, que, por sua vez, é igual a +5V, tem-se o terra virtual em 2,5V, e, para este valor de tensão, o conversor analógico-digital indicará, em sua saída, o valor 512. Quando é feito o zeramento, é informado ao microprocessador que o valor 512 corresponde à pressão zero, e, desta forma, valores acima de 512 são considerados positivos, e valores abaixo de 512 são considerados negativos; ou seja, a tensão na saída do amplificador diferencial é igual a:

+Out = (((+ Sig) - (- Sig)) x ganho) + Vcc/2 onde:

• +Out - tensão de saída do amplificador diferencial;

• +Sig - tensão de saída positiva do sensor de pressão;

• -Sig - tensão de saída negativa do sensor de pressão;

• Ganho - ganho de tensão do amplificador diferencial;

• +Vcc/2 - metade da tensão de alimentação do sensor de pressão e do amplificador. [0018] Se o valor de +Vcc/2 variar, a tensão na saída variará também, mesmo que a pressão seja a mesma, e, por isso, se faz necessário o zeramento a cada 8 horas, e constitui o inconveniente dos monitores de pressão do estado da técnica.

[0019] No zeramento automático provido pela presente invenção, a solução para evitar o problema da flutuação da referência (+Vcc/2) consiste em retirar a referência do cálculo da pressão, o que pode ser feito com o circuito da Figura 4, em conjunto com software específico, utilizando dois amplificadores diferenciais, com entradas invertidas uma em relação à outra, para amplificar o sinal, acrescentado ainda o terra virtual (+Vcc/2), e onde primeiro amplificador diferencial fornece tensão maior que +Vcc/2 para pressões positivas, enquanto que o segundo amplificador diferencial fornece tensão maior que +Vcc/2 para pressões negativas, e, na condição de pressão zero, ambos os amplificadores diferenciais fornecem tensão igual a +Vcc/2, tendo-se as seguintes equações para as tensões de saída dos dois amplificadores:

Out1 = ((+ Sig) - (- Sig)) x ganho + Vcc/2 Out2 = ((- Sig) - (+ Sig)) x ganho + Vcc/2 nas quais:

• Out1 - tensão de saída do amplificador diferencial 1 ;

• Out2 - tensão de saída do amplificador diferencial 2;

• +Sig - tensão de saída positiva do sensor de pressão;

• -Sig - tensão de saída negativa do sensor de pressão;

• Ganho - ganho de tensão do amplificador diferencial;

• +Vcc/2 - metade da tensão de alimentação do sensor de pressão e do amplificador. [0020] Aplicando essas tensões às entradas do conversor analógico digital, são obtidos os seguintes valores:

ValorCHI = valor (((+ Sig) - (- Sig)) x ganho) + valor(Vcc/2)

ValorCH2 = valor (((- Sig) - (+ Sig)) x ganho) + valor(Vcc/2) nas quais:

• ValorCHI - valor numérico obtido pelo conversor analógico digital correspondente ao sinal de saída do amplificador diferencial 1 (Out1 );

• ValorCH2 - valor numérico obtido pelo conversor analógico digital correspondente ao sinal de saída do amplificador diferencial 2(Out2);

• valor (((+ Sig) - (- Sig)) x ganho) - valor numérico obtido pelo conversor analógico digital correspondente a tensão de saída do amplificador diferencial 1 sem o terra virtual;

• valor (((- Sig) - (+ Sig)) x ganho) - valor numérico obtido pelo conversor analógico digital correspondente a tensão de saída do amplificador 2 sem o terra virtual.

• valor (Vcc/2) - valor numérico obtido pelo conversor analógico digital correspondente ao terra virtual, que em condições ideais seria 512.

[0021] Como pode ser observado no diagrama em blocos da Figura 4 e nas equações acima, o valor referente a tensão do terra virtual está presente nos valores de ValorCHI e ValorCH2, portanto, subtraindo-se um do outro, o valor de Vcc/2 é eliminado, deixando de influenciar no valor final da pressão, como se observa da equação abaixo:

Pressão = (ValorCHI - ValorCH2) x ajusteEscala na qual:

• Pressão - valor final da pressão calculada em immHg; • ValorCI-11 - valor numérico obtido pelo conversor analógico digital correspondente ao sinal de saída do amplificador diferencial 1 (Out1 );

• ValorCH2 - valor numérico obtido pelo conversor analógico digital;

correspondente ao sinal de saída do amplificador diferencial 2(Out2);

• ajusteEscala - fator de conversão do valor obtido pelo conversor

analógico digital para o valor em immHg.

[0022] Assim, utilizando software adequado ao calculo das equações acima, tem-se um circuito capaz de medir pressões tanto positivas como negativas, sem necessidade de executar o zeramento, resultando em grandes vantagens, como, por exemplo, o início imediato do monitoramento, bastando conectar o transdutor de pressão ao monitor para o seu início, dispensando a necessidade de aguardar pelo "warm-up time"; desconsiderando, para efeito de medições, as variações na tensão do terra virtual; desnecessidade de abrir o sistema para expor o transdutor à pressão atmosférica, eliminando o risco de contaminação e danos às conexões elétricas por vazamento de soro durante o zeramento; circuito imune a ruídos devido ao fato de tanto a amplificação como o cálculo da pressão serem realizados de modo diferencial.

[0023] O ajuste eletrônico do nível do transdutor em relação ao paciente pode ser feito pela implementação no software, da seguinte equação:

Pressão = (ValorCHI - ValorCH2) x ajusteEscala + ajusteNivel na qual:

• Pressão - valor final da pressão calculada em immHg;

• ValorCHI - valor numérico obtido pelo conversor analógico digital correspondente ao sinal de saída do amplificador diferencial 1 (Out1 );

• ValorCH2 - valor numérico obtido pelo conversor analógico digital correspondente ao sinal de saída do amplificador diferencial 2(Out2); • ajusteEscala - fator de conversão do valor obtido pelo conversor analógico digital para o valor em immHg;

• ajusteNível - valor em immHg, correspondente ao desnível em cmhteO entre o paciente e o transdutor de pressão, informado pelo usuário através da interface do monitor.

[0024] Esse valor é positivo quando o transdutor está mais alto que o paciente e negativo quando o transdutor está mais baixo que o paciente, sendo que o valor do desnível deve ser medido pelo usuário e informado ao monitor através de sua interface, e, com isso, o transdutor pode ser posicionado em qualquer lugar, não necessitando ficar no suporte junto ao paciente, além do que, caso o paciente mude de posição, ou em situações de transporte, basta informar, no monitor, a diferença de altura entre o transdutor e o paciente, e o desnível será automaticamente corrigido. Outra vantagem observada é a possibilidade de medir a pressão do paciente em relação a outros pontos do corpo, além do coração

[0025] .Os técnicos versados no assunto entenderão que as características aqui demonstradas não se limitam ao monitoramento dos parâmetros revelados como exemplo, mas também a outros aqui não citados.