BRPI0300067B1 - fluxômetro para monitoramento de fluxo de sangue num circuito de circulação extracorpórea - Google Patents
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Abstract
"aperfeiçoamentos introduzidos em fluxômetro eletromagnético". fluxômetro este a ser instalado no circuito de circulação extracorpórea ou nas usuais bombas responsáveis pela substituição das funções do coração, em operações cardíacas, sendo que a velocidade do fluxo é medida pela tensão gerada entre eletrodos através do movimento de um fluido condutor em meio a um campo magnético, dito fluido condutor sendo configurado pelo sangue ou soro fisiológico circulante no circuito extracorpóreo; o referido fluxômetro é constituído por módulo amplificador isolador (1), módulo de controle e condicionamento de sinal (7), e transdutor de fluxo (21).
Description
(54) Título: FLUXÔMETRO PARA MONITORAMENTO DE FLUXO DE SANGUE NUM CIRCUITO DE
CIRCULAÇÃO EXTRACORPÓREA (51) Int.CI.: G01F 1/58 (73) Titular(es): FUNDAÇÃO ZERBINI (72) Inventor(es): ADOLFO ALBERTO LEIRNER; HELENA TAEKO TANAKA OYAMA; IDÁGENE APARECIDA CESTARI; JOÃO ROBERTO SAMPEL; MARCELO MAZZETTO; MAURO ROBERTO USHIZIMA; MILTON SEIGUI OSHIRO; SÉRGIO AKINORI HAYASHIDA; SIMÃO BACHT (85) Data do Início da Fase Nacional: 21/01/2003
FLUXÔMETRO PARA MONITORAMENTO DE FLUXO DE SANGUE NUM
CIRCUITO DE CIRCULAÇÃO EXTRACORPÓREA
Conforme é do conhecimento da técnica, e mais particularmente, dos especialistas da área médica, as cirurgias cardíacas realizadas com o coração parado tiveram início na década de 50, quando foram desenvolvidas bombas mecânicas capazes de manter a circulação do sangue, para que se realizassem as intervenções cirúrgicas necessárias. Pela sua natureza, este tipo de circulação é denominado “circulação extracorpórea”, sendo que, neste tipo de circulação, além do conceito de se utilizar bombas mecânicas para a substituição temporária das funções do coração, utiliza-se também o conceito de se oxigenar artificialmente o sangue venoso, ou seja, oxigená-lo fora dos pulmões, com a utilização de um dispositivo de trocas gasosas comumente denominado oxigenador sanguíneo.
As primeiras bombas mecânicas desenvolvidas para essa finalidade são as comumente denominadas “bombas de roletes” (ou bombas peristálticas”), nas quais o sangue é impulsionado através de tubos, impulsionando o sangue. Apesar de apresentarem utilização satisfatória, tais bombas de roletes causam um certo dano às células do sangue, constituindo, pois, um incoveniente, principalmente quando da realização de cirurgias de duração prolongada.
Como alternativa, foram desenvolvidas bombas (continua na página 2)
Petição 870180012534, de 16/02/2018, pág. 8/10 com princípios diferentes, que passaram a permitir que o sangue fosse impulsionado com menor trauma às células. Dentre estas, destacam-se as bombas centrífugas, nas quais, como o próprio nome indica, a rotação de um motor é transmitida a elementos que estão em contato com o sangue, impulsionando-o, e permitindo que as bombas mantenham o fluxo de sangue e portanto tenham uma função semelhante a do coração.
Nessas bombas, o controle do fluxo do sangue é feito pelo ajuste da velocidade do motor. Durante a utilização das bombas, o fluxo é monitorizado por algum tipo de fluxômetro posicionado na bomba ou no circuito de circulação extracorpórea, sendo comuns os fluxômetros baseados em princípios eletromagnéticos, bem como os fluxômetros que utilizam ultra-som.
Entre os fluxômetros baseados em princípios eletromagnéticos, citam-se aqueles com aplicação industrial não adequados a utilização na área médica, previstos nas patentes americanas US 2.149.847, de 1939, US 4.195.515, de 1980, US 4.389.898, de 1983, e no pedido de patente brasileiro PI 9815294-7, depositado em 04.12.2001. As patentes americanas US 4.881.413, de 1989, e US 5.325.728, de 1995, apresentam fluxômetros eletromagnéticos aplicados à área médica, utilizando sensores de fluxo diferentes quanto ao acoplamento da gaveta do sensor e modo de operação daquele proposto neste pedido de patente.
Tais fluxômetros eletromagnéticos, conforme é do
conhecimento da técnica, baseiam-se no fato de que a passagem de um condutor elétrico por um campo magnético resulta na geração de uma força eletromotriz proporcional à velocidade de passagem do condutor. De modo semelhante, quando um fluido condutor passa por um tubo perpendicular a um campo magnético, uma força eletromotriz é induzida ortogonalmente à direção da velocidade e campo magnético com valor proporcional ao fluxo.
Baseada nesses conceitos, a Depositante criou os presentes APERFEIÇOAMENTOS INTRODUZIDOS EM FLUXÔMETRO ELETROMAGNÉTICO, fluxômetro este a ser instalado nas usuais bombas responsáveis pela substituição das funções do coração ou no circuito de circulação extracorpórea, em operações cardíacas, para permitir monitorar e controlar o fluxo do sangue impulsionado pelas referidas bombas; segundo os presentes aperfeiçoamentos, o fluxo é medido pela tensão gerada entre eletrodos quando um fluido condutor se desloca em meio a um campo magnético, dito fluido condutor sendo configurado pelo sangue ou soro fisiológico circulante no circuito extracorpóreo.
Para tanto, e também segundo os presentes aperfeiçoamentos, o fluxômetro eletromagnético ora inovado é constituído, em linhas gerais, por um Módulo Amplificador Isolador, um Módulo de Controle e Condicionamento de Sinal e um Transdutor de Fluxo, componentes estes que, em conjunto, proporcionam o controle da medida de fluxo do sangue que passa por uma bomba qualquer.
Para efeito de ilustração, seguem em anexo desenhos do presente invento, através dos quais o mesmo será melhor visualizado: a figura 1 é um esquema, ilustrando o princípio básico do fluxômetro ora inovado; a figura 2 é um diagrama de blocos, ilustrando o Módulo Amplificador Isolador que compõe o referido fluxômetro; a figura 3 é outro diagrama de blocos, agora ilustrando o Módulo de Controle e Condicionamento de Sinal, que também compõe o fluxômetro em questão; a figura 4 mostra os sinais gerados pelo controlador que constitui um dos componentes do referido Módulo de Controle e Condicionamento de Sinal; a figura 5 é uma perspectiva esquemática do Transdutor de Fluxo que igualmente compõe o presente fluxômetro; a figura é uma vista da placa de circuito impresso prevista na gaveta que compõe o referido Transdutor de Fluxo; e a figura 7 ilustra, numa seqüência, como é utilizado o fluxômetro em questão: a figura 7A apresenta o Transdutor de Fluxo montado, e com a gaveta do sensor aberta para posicionamento de um conector descartável com eletrodos; as figuras 7B e 7C apresentam o referido Transdutor de Fluxo com o referido conector descartável introduzido na gaveta; e a figura 7D apresenta o Transdutor de Fluxo em posição de uso.
O objeto da presente patente de Invenção refere-se a APERFEIÇOAMENTOS INTRODUZIDOS EM FLUXÔMETRO ELETROMAGNÉTICO, segundo os quais a velocidade do fluxo é medida pela tensão gerada entre eletrodos quando um fluido condutor se desloca em meio a um campo magnético, dito fluido condutor sendo configurado pelo sangue ou soro fisiológico circulante no circuito extracorpóreo.
Para se obter uma medida de fluxo acurada, o campo deve manter uma distribuição uniforme e sem grande dispersão na região dos eletrodos de medição. Este sistema,, ilustrado na figura 1, permite a medida de fluxo sangüíneo instantâneo.
Pela Lei de Indução de Faraday, sabe-se que: e = oj7' v x B. dL, onde:
e = Força eletromotriz induzida [V];
v - Velocidade instantânea do fluido condutor [m/s];
x - Símbolo de produto vetorial;
B = Densidade de fluxo magnético [T ou Wb/m2] ; e
L = Distância entre os eletrodos [m].
Também segundo os presentes aperfeiçoamentos, o fluxômetro é constituído por um Módulo Amplificador Isolador (1), o qual, conforme ilustrado na figura 2 anexa, é formado por: um circuito de proteção (2) contra sobretensão que pode ocorrer durante a utilização de desfribilador; um amplificador de instrumentação (3) , com ganho fixo de 25 vezes, e com taxa de rejeição de modo comum (CMRR) maior que HOdB a 60 Hz; um filtro DC (4) com freqüência de corte de 0,1 Hz para eliminar flutuações na linha de base, devido à interface dos eletrodos (Ei) e (E2) no sinal lido; um amplificador não inversor (5), com ganho
fixo de 10 vezes; e um amplificador isolador (6), com tensão de isolação de 8 KV, garantindo a isolação entre o paciente e a rede elétrica.
Este amplificador isolador impede que o paciente receba uma descarga elétrica em caso de fuga de corrente do circuito energizado pela rede de alimentação externa para as partes em contato com o paciente.
| Desta | forma, | através do | Módulo Amplificador | |
| Isolador | d) | acima | descrito, o | sinal captado pelos |
| eletrodos | (Ei) | e (E2) | é amplificado | e transformado em um |
| sinal (S), | enviado ao | segundo módulo | que compõe o presente |
fluxômetro, qual seja, o Módulo de Controle e Condicionamento de Sinal (7), descrito a seguir.
Dito Módulo de Controle e Condicionamento de Sinal (7) , conforme ilustra a figura 3 anexa, é formado por um controlador, um circuito de potência e um circuito de condicionamento de sinal.
O controlador (8) gera o sinal de excitação de uma bobina (9) responsável pela geração do campo magnético B, que consiste de um pulso trapezoidal bifásico com frequência de 400 Hz e tempo de subida e descida de 350 ps. O sinal digital de 4 bits gerado pelo referido controlador (8) passa por um conversor (10) digital/analógico (D/A), é desacoplado e filtrado em um filtro passa-baixa (11), com frequência de corte de 4 kHz, e é utilizado como sinal de referência por um amplificador de corrente (12), que garante uma corrente de pico a pico próxima de 1200 mA a
1600 mA para a excitação da referida bobina (9) e consequente geração do campo magnético B (circuito de potência).
Dito controlador (8) também gera pulsos de amostragem (13) e (14), os quais apresentam largura de pulso de 30 ps e atraso de 600 ps após o início do período de platô do sinal de excitação da bobina. Este atraso visa realizar a leitura do sinal de fluxo no período final de excitação, garantindo a utilização de um sinal com menor ruído. O sinal (S) proveniente do amplificado isolador (6) do Módulo (1) é amplificado por um amplificador (15) com ganho de 10 vezes. Os sinais amostrados (13a) e (14a) são subtraídos e amplificados por um amplificador (16) com ganho de 2,5, filtrados em um filtro passa-baixa (17), com freqüência de corte de 1 Hz, e novamente amplificado por um amplificador (18), passando então por um sistema de ajuste de zero e retificador de sinal (19) (circuito de condicionamento de sinal), sendo finalmente enviados a um mostrador digital (20).
Os sinais gerados pelo controlador (8) são apresentados na figura 4.
O fluxômetro ora aperfeiçoado é ainda constituído por um Transdutor de Fluxo (21), ilustrado na figura 5 anexa.
Dito Transdutor de Fluxo (21) é constituído por um corpo (22) formado por duas metades (22a) e (22b), e por uma gaveta (23), ambos confeccionados em material não ferro-magnético, preferivelmente em PVC. Para geração do campo magnético, é utilizado, entre as duas metades (22a) e (22b) do corpo (22), um núcleo de ferrite (24), com formato em C, e com densidade de fluxo magnético de 4000 Gauss, no qual é enrolado um fio de cobre (25) , devidamente isolado, criando-se, assim, uma bobina (9) com indutância com valor entre 650 e 850 μΗ.
Ά gaveta (23) do Transdutor de Fluxo (21) possui uma placa de circuito impresso (26), a qual é ilustrada na figura 6 anexa. Tal placa (26) apresenta um desenho tal que seu fio terra forma uma blindagem para os sinais dos eletrodos (El) e (E2), melhorando a relação sinal-ruído do sistema.
Para realizar o contato da placa (26) com o conector descartável (30), são utilizados preferivelmente doze pinos (27) confeccionados em bronze fosforoso, com comprimento de preferivelmente 12 mm, pinos estes que recebem um banho de 0,5 a 1 pm de cobre, 3 pm de níquel e 1 a 1,5 pm de ouro.
Para realizar o contato entre a gaveta (23) e o corpo (22), são previstos pinos de contato fêmea na gaveta, com os quais coincidem correspondentes pinos de contato macho no corpo, identificados por (28) . A utilização de contatos fêmea na gaveta visa aumentar a robustez mecânica do Transdutor de Fluxo. Este arranjo também evita a utilização de fios para a conexão entre gaveta e corpo, evitando o surgimento de interferências no sinal lido.
É ainda previsto um conjunto (29) formado por dois cabos: um cabo de sinal (29a) e um cabo de potência (29b). &
cabo de sinal (29a) é constituído de três condutores isolados entre si, cada qual com blindagem em malha de poliéster, e recoberto por uma camada isolante. 0 cabo de potência (29b) é constituído de dois condutores isolados entre si, cada qual também com blindagem em malha de poliéster, e recoberto com uma camada isolante. Tais cabos (29a) e (29b) são recobertos por uma capa isolante flexível, formando o conjunto único (29).
A blindagem individual dos referidos cabos visa reduzir a interferência entre eles e aumentar a imunidade do sinal a ruídos externos.
O conector descartável (30) é constituído de um corpo preferivelmente confeccionado em acrílico emborrachado. Para realizar a medida de fluxo, são utilizados seis eletrodos confeccionados em aço inox 316L, caracterizado por ser um aço não magnético e adequado a aplicações médicas, com comprimento de 10 mm e diâmetro de
1,6 mm.
A utilização do fluxômetro ora inovado é ilustrada na seqüência da figura 7; estando o Transdutor de Fluxo (21) em posição montada, a gaveta (23) do sensor é aberta, para posicionamento do conector descartável com eletrodos (30) (ver figura 7A) ; nas figuras 7B e 7C, o referido conector descartável (30) apresenta-se já devidamente introduzido na gaveta (23) do Transdutor (21); e na figura
7D, o Transdutor de Fluxo (21), já com o conector descartável (30) devidamente nele montado, é ilustrado em fposição de uso.
Com o fluxômetro ora aperfeiçoado, obtém-se um 5 acurado monitoramento e controle do fluxo do sangue impulsionado pelas bombas comumente utilizadas para substituir as funções do coração, em operações cardíacas com circulação extracorpórea.
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Claims (2)
- REIVINDICAÇÃO1. Fluxômetro para monitoramento do fluxo de sangue num circuito de circulação extracorpórea compreendendo um transdutor de fluxo (21) que é constituído por corpo (22) e gaveta (23), o corpo (22) sendo formado por duas metades (22a) e (22b), entre as quais é previsto um núcleo de ferrita (24) com formato em “C”, no qual é enrolado fio de cobre (25); a gaveta (23) possuindo uma placa de circuito impresso (26), com desenho tal que seu fio terra forma uma blindagem para os sinais dos eletrodos (E1) e (E2); o contato entre a placa (26) e o sensor descartável (30) é efetuado por pinos (27); o contato entre a gaveta (23) e o corpo (22) é efetuado por pinos de contato fêmea e pinos de contato macho (28), respectivamente previstos na gaveta e no corpo, caracterizado por compreender um módulo amplificador isolador (1), um módulo de controle e condicionamento de sinal (7);- em que o módulo amplificador isolador (1) é formado por circuito de proteção (2) contra sobretensão eventual durante a utilização do desfibrilador, amplificador de instrumentação (3), filtro DC (4), amplificador não inversor (5) e amplificador isolador (6);- em que o módulo de controle e condicionamento de sinal (7) é formado por controlador (8), circuito de potência e circuito de condicionamento de sinal, o circuito de potência incluindo bobina (9), conversor (10) digital/analógico (D/A), filtro passa-baixa (11) e amplificador de corrente (12), e em que o circuito de condicionamento de sinal inclui pulsos de amostragem (13) e (14), amplificador (15), amplificador diferencial (16), filtro passa-baixa (17), amplificador (18), sistema de ajuste de zero e retificador de sinal (19) e mostrador digital (20);- em que é ainda previsto um conjunto (29) formado por dois cabos, um cabo de sinal (29a) e um cabo de potência (29b), o primeiro sendo constituído de três condutores isolados entre si, cada qual com blindagem em malha de poliéster, e recoberto por uma camada isolante, tais cabos (29a) e (29b) sendo recobertos por capa isolante flexível, formando um conjunto único (29).Petição 870180039004, de 11/05/2018, pág. 9/91/4
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