Sensores Inteligentes: Transformando a Assistência Médica Moderna

Nos últimos 75 anos, os sensores desempenharam um papel cada vez mais significativo no avanço da medicina.

Sensores médicos para monitorar sinais vitais das pessoas, incluindo temperatura, pressão arterial, frequência cardíaca e frequência respiratória, tornaram-se cada vez mais sofisticados. Mas os sensores também são úteis para medir os sinais vitais de equipamentos médicos.

Monitoramento de Temperatura

Termômetros de bulbo de vidro têm sido usados há décadas para medir a temperatura corporal. Na década de 1970, foram substituídos por versões eletrônicas com displays digitais. Eram dispositivos minimamente invasivos e precisavam ser inseridos em algum lugar do corpo do paciente.

Hoje, os dispositivos mais comuns são sensores de temperatura sem contato baseados em termopilha, que operam como uma minúscula câmera infravermelha. Eles medem a energia térmica irradiada pela pele e fornecem um sinal de saída proporcional à temperatura da pele. Podem fazer uma leitura em apenas alguns segundos e, por serem sem contato, ajudam a evitar a propagação de bactérias e vírus.

Embalados em uma pequena caixa hermética TO-5 ou TO-18, podem ser facilmente montados em uma placa de circuito impresso. A termopilha é uma matriz miniatura de dezenas ou centenas de elementos termopar em um chip de silício. O chip é projetado de forma que as junções em sua parte superior ficam expostas à radiação IR incidente, enquanto a parte traseira é conectada a um cabeçalho metálico e permanece à temperatura ambiente. Os termopares são conectados em série para que suas saídas se somem. A soma dos sinais fornece uma saída utilizável com amplitude na casa das dezenas de milivolts.

Uma vista em corte de uma termopilha típica é mostrada na Figura 2. O chip é montado de forma a "olhar" através de uma janela que é transparente apenas a comprimentos de onda infravermelhos. Isso ajuda a eliminar interferência da luz visível. À medida que a energia térmica de um objeto aquecido (ou resfriado) entra na janela, ela incide sobre a matriz de termopares e altera a temperatura de sua superfície superior em relação ao ambiente. Um sensor de temperatura de referência separado é conectado ao cabeçalho metálico para medir o ambiente, de modo que o sinal diferencial entre a termopilha e a referência pode ser usado para calcular a temperatura real do objeto medido. Com algum processamento de sinal downstream e compensação, precisões na faixa de ±1% a ±2% são facilmente atingíveis.

Monitoramento da Pressão Arterial

Um manguito de pressão arterial prático foi desenvolvido em 1905 e é usado até hoje. O esfigmomanômetro moderno é fácil de usar, mas fornece apenas uma medição indireta com uma ampla faixa de precisão. Um manguito de pressão manual nas mãos de um operador treinado pode atingir precisão de quase 98%. Dispositivos eletrônicos e digitais de pressão arterial normalmente atingem 70% de precisão. Em ambos os casos, eles fornecem apenas uma leitura média.

Em procedimentos médicos recentemente desenvolvidos, descobriu-se que uma leitura direta de PA no local de uma cirurgia fornece melhores dados ao cirurgião e melhores resultados para o paciente. A Unidade de Negócios de Sensores da TE Connectivity introduziu recentemente seu sensor de pressão arterial micro Intrasense. Sua característica mais marcante é o tamanho extremamente pequeno — dimensões totais de 800 µm C x 270 µm L x 70 µm A.

O Intrasense é um sensor de pressão absoluto baseado em MEMS com faixa clínica de -300 mmHg a +500 mmHg. O design de meia ponte utiliza dois elementos piezorresistivos no die MEMS que alteram seus valores de resistência conforme a pressão é aplicada. O sinal é entregue a uma placa de circuito de amplificação e compensação na extremidade proximal dos fios de 300 mm.

O sensor pode ser colocado na ponta de um cateter ou guia muito fino, e então usado em locais remotos dentro do corpo, como câmaras cardíacas, artérias intracranianas ou mesmo dentro dos rins, durante procedimentos cirúrgicos críticos.

Monitoramento da Frequência Cardíaca e Respiratória

Em colaboração com o Stanford Research Institute (SRI), a TE Connectivity desenvolveu uma cadeira inteligente de demonstração que pode medir tanto a frequência cardíaca quanto a respiratória de uma pessoa que simplesmente se senta nela. A cadeira possui elementos de filme de polímero piezoelétrico estrategicamente posicionados no assento e no encosto. Esses elementos de detecção detectam tanto batimentos cardíacos quanto respiração.

O filme de polímero piezoelétrico é um material único feito de fluoreto de polivinilideno (PVDF). Com técnicas de fabricação especiais, este filme pode ser tornado piezoelétrico, uma propriedade onde materiais geram uma carga elétrica quando submetidos a estresse mecânico. O filme é muito fino (28 µm), flexível e se conforma facilmente e detecta as cargas de estresse dentro da almofada do assento quando alguém se senta.

Durante a respiração, o centro de gravidade do corpo move-se ligeiramente à medida que a caixa torácica se expande e contrai a cada respiração. Os elementos piezoelétricos na cadeira detectam essas mudanças dinâmicas e fornecem um sinal utilizável para a eletrônica. Para os batimentos cardíacos, os sensores utilizam balistocardiografia, que é a detecção de uma onda de pressão normal à pele produzida pela pulsação arterial. Versões futuras desta demonstração adicionarão células de carga aos pés da cadeira, para que o ocupante possa ser pesado. A adição de vários sensores piezoelétricos também ajudará a detectar o tamanho físico do ocupante. Junto com dados de peso, um índice de massa corporal (IMC) pode ser calculado. Esta cadeira torna-se uma excelente ferramenta para aplicações de saúde domiciliar porque nenhum profissional médico treinado é necessário, e um "check-up" mini pode ser realizado a qualquer momento — basta sentar-se quietamente e relaxar.

Auto-Monitoramento de Equipamentos Médicos

Máquinas médicas terapêuticas e cirúrgicas devem operar com níveis muito altos de precisão. Para garantir que o instrumento esteja operando corretamente, os projetistas agora estão adicionando sensores que acompanham funções críticas da máquina. Esses sensores podem operar de duas maneiras. Eles podem fazer parte de um laço de feedback e controle que mede um parâmetro e então faz ajustes no equipamento para mantê-lo operando dentro de faixas especificadas. O sensor também pode ser usado como alarme de limite. Quando um parâmetro sai de especificação ou a máquina falha de alguma forma, o sensor alerta o operador sobre a condição de falha e pode até desligar a máquina para proteger a segurança do paciente.

Os sensores integrados em ventiladores médicos modernos são bons exemplos desta técnica. O diagrama de blocos na Figura 5 mostra o funcionamento interno de uma máquina típica. Observe que todos, exceto um dos sensores, estão monitorando as funções do ventilador. O sensor de CO₂ é o único monitorando uma função do paciente.

Saúde Domiciliar

Há uma tendência na medicina de mover pacientes de hospitais para ambientes de saúde domiciliar. Os pacientes ficam mais confortáveis em casa. Recebem atenção de cuidadores familiares e se recuperam mais rapidamente de doenças. Os sensores integrados em equipamentos de saúde domiciliar tornam as máquinas confiáveis, simples de operar e eliminam a necessidade de atenção constante de profissionais médicos. Os resultados são maior segurança do paciente e melhores resultados médicos.

O Futuro

Trabalhos estão em andamento em toda a indústria médica para incorporar mais sensores nas máquinas e procedimentos usados por médicos e suas equipes. A adição de sensores ajuda a monitorar as funções e desempenho do equipamento, permitindo que os profissionais médicos voltem sua atenção para o paciente e criem melhores resultados clínicos. Seja usado para monitorar um paciente ou monitorar a máquina médica usada para tratar pacientes, o uso crescente de sensores trará benefícios significativos ao mundo da medicina.

Este artigo foi escrito por Pete Smith, Gerente Sênior, Suporte a Vendas e Marketing, TE Connectivity Sensor Solutions — TES (Schaffhausen, Suíça / Berwyn, PA). Para mais informações, contate o Sr. Smith em Este endereço de e-mail está protegido contra spambots. Você precisa de JavaScript habilitado para visualizá-lo., ou visite aqui .