Sensores inteligentes estão melhorando os cuidados médicos

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

Sensores médicos para monitorar os 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 são usados ​​há décadas para medir a temperatura corporal. Na década de 1970, eles foram substituídos por versões eletrônicas com displays digitais. Estes 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 funcionam como uma pequena câmera infravermelha. Eles medem a energia térmica irradiada da pele e fornecem um sinal de saída proporcional à temperatura da pele. Eles podem fazer uma leitura em apenas alguns segundos e, sem contato, podem ajudar a evitar a propagação de bactérias e vírus.

Embalados em um pequeno gabinete hermeticamente fechado TO-5 ou TO-18, eles podem ser facilmente montados em uma placa de PC. A termopilha é uma matriz em miniatura de dezenas ou centenas de elementos termopares em um chip de silício. O chip é projetado para que as junções em sua parte superior sejam expostas à radiação IR de entrada, enquanto a parte traseira é conectada a um cabeçote de metal 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 uma amplitude de dezenas de milivolts.

Uma vista em corte de uma termopilha típica é mostrada na Figura 2. O chip é montado de forma que “olhe” através de uma janela que é transparente apenas para comprimentos de onda infravermelhos. Isso ajuda a eliminar a interferência da luz visível. À medida que a energia térmica de um objeto aquecido (ou resfriado) entra na janela, ele colide com o conjunto de termopares e altera a temperatura da superfície superior do ambiente. Um sensor de temperatura de referência separado é conectado ao cabeçalho de metal para medir o ambiente, de modo que o sinal diferencial entre a termopilha e a referência possa ser usado para calcular a temperatura real do objeto que está sendo medido. Com algum processamento e compensação de sinal downstream, precisões na faixa de ±1% – ±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 manual de PA nas mãos de um operador treinado pode atingir precisão de quase 98%. Dispositivos de pressão arterial eletrônicos e digitais normalmente atingem uma precisão de 70%. Em ambos os casos, eles fornecem apenas uma leitura média.

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

O Intrasense é um sensor de pressão absoluta baseado em MEMS com uma faixa clínica de -300 mmHg a +500 mmHg. O design de meia ponte utiliza dois elementos piezoresistivos na matriz MEMS que alteram seus valores de resistência à medida que a pressão é aplicada. O sinal é entregue a uma placa PC de amplificação e compensação na extremidade proximal dos fios de 300 mm.

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

Monitoramento da Frequência Cardíaca e da Frequência Respiratória

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

O filme de polímero piezo é um material exclusivo feito de fluoreto de polivinilideno (PVDF). Com técnicas especiais de fabricação, esse filme pode ser feito piezoelétrico, propriedade em que os materiais geram uma carga elétrica quando submetidos a esforços mecânicos. O filme é muito fino (28μm), flexível e facilmente se adapta e detecta as cargas de estresse dentro da almofada do assento quando alguém se senta.

Durante a respiração, o centro de gravidade do corpo se move levemente à medida que a caixa torácica se expande e se contrai a cada respiração. Os elementos piezo na cadeira detectam essas mudanças dinâmicas e fornecem um sinal utilizável para a eletrônica. Para o batimento cardíaco, os sensores utilizam a 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 os dados de peso, um índice de massa corporal (IMC) pode ser calculado. Esta cadeira torna-se uma excelente ferramenta para aplicações de saúde em casa porque não é necessário nenhum profissional médico treinado, e um mini “check-up” pode ser realizado a qualquer momento – apenas sente-se calmamente e relaxe.

Automonitoramento de equipamentos médicos

Máquinas médicas terapêuticas e cirúrgicas devem funcionar com níveis muito altos de precisão. Para garantir que o instrumento esteja funcionando corretamente, os projetistas agora estão adicionando sensores que monitoram as funções críticas da máquina. Esses sensores podem operar de duas maneiras. Eles podem fazer parte de uma malha de feedback e controle que mede um parâmetro e, em seguida, 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 da especificação ou a máquina apresenta algum mau funcionamento, o sensor alerta o operador sobre a condição de falha e pode até desligar a máquina para proteger a segurança do paciente.

Os sensores embutidos em ventiladores médicos modernos são bons exemplos dessa técnica. O diagrama de blocos na Figura 5 mostra o funcionamento interno de uma máquina típica. Observe que todos os sensores, exceto um, estão monitorando as funções do ventilador. O CO ₂ sensor é o único que monitora uma função do paciente.

Saúde domiciliar

Há uma tendência na medicina de retirar os pacientes dos hospitais e colocá-los em ambientes domiciliares de saúde. Os pacientes ficam mais à vontade em casa. Eles recebem atenção de cuidadores familiares e se recuperam mais rapidamente de doenças. Os sensores integrados aos equipamentos de saúde domiciliar tornam as máquinas confiáveis, simples de operar e eliminam a necessidade de atenção constante dos profissionais médicos. Os resultados são maior segurança do paciente e melhores resultados médicos.

O futuro

O trabalho está em andamento em todo o setor médico para incorporar mais sensores nas máquinas e procedimentos usados ​​pelos médicos e suas equipes. A adição de sensores ajuda a acompanhar as funções e o desempenho do equipamento, o que permite que os profissionais médicos voltem os olhos para o paciente e criem melhores resultados clínicos. Seja para monitorar um paciente ou monitorar a máquina médica que está sendo usada para tratar pacientes, o uso crescente de sensores trará benefícios significativos para o mundo da medicina.

Este artigo foi escrito por Pete Smith, gerente sênior, suporte de vendas e marketing, TE Connectivity Sensor Solutions — TES (Schaffhausen, Suíça/Berwyn, PA). Para mais informações, entre em contato com o Sr. Smith em Este endereço de e-mail está protegido contra spambots. Você precisa habilitar o JavaScript para visualizá-lo., ou visite aqui .