guilherme battalini silva sistema de monitoramento da pressão arterial

GUILHERME BATTALINI SILVA

SISTEMA DE MONITORAMENTO DA PRESSÃO ARTERIAL

LONDRINA

2011



Trabalho de Conclusão de Curso submetido à Universidade Estadual de Londrina como parte dos requisitos para a obtenção do grau de Engenheiro Eletricista.

LONDRINA

2011



Este trabalho foi julgado adequado para a conclusão do Curso de Engenharia Elétrica e aprovado em sua forma final pela Coordenação do Curso de

Engenharia Elétrica da Universidade Estadual de Londrina.

____________________________________

Prof. Dr. Walter Germanovix Orientador

____________________________________ Prof.Maria Bernadete França

Coordenadora do TCC

Banca Examinadora:

____________________________________ Prof. Dr. Leonimer Flávio de Melo

____________________________________ Msc. Thiago Reges Perales

BATTALINI SILVA,Guilherme. Sistema de Monitoramento da Pressão Arterial . 2011. Trabalho de Conclusão de Curso Graduação em Engenharia Elétrica -Universidade Estadual de Londrina, Londrina, 2011.

RESUMO

A hipertensão arterial, popularmente pressão alta, é atualmente uma das doenças com maior ocorrência no mundo. Para seu diagnóstico faz-se necessário equipamentos capaz de aferi-la com confiabilidade, projetar tais equipamentos é uma das áreas da Engenharia Elétrica. O objetivo deste trabalho foi desenvolver um protótipo de um sistema não-invasivo de monitoramento da pressão arterial. Para tanto, pesquisou-se sobre pressão arterial, métodos e equipamentos para sua aferição, após os estudos optou-se por desenvolver um protótipo que utiliza o método oscilométrico. Foi desenvolvido o circuito para aferir a pressão; um firmware para um microcontrolador da família PIC24 que controla a digitalização e processamento dos dados, estima os valores da pressão sistólica e diastólica, grava os valores em um cartão SD e exibe tais valores em um display. É mostrado resultados de testes comparando o protótipo desenvolvido com aparelhos comerciais, que comprovaram a eficiência do modelo desenvolvido.

Palavras-chave: Pressão Arterial; Método Oscilómetrico; Biomédica.

BATTALINI SILVA,Guilherme. Blood Pressure Monitoring System . 2011. Trabalho de Conclusão de Curso Graduação em Engenharia Elétrica – Universidade Estadual de Londrina, Londrina, 2011.

ABSTRACT

The high pressure arterial, is currently one of the diseases with higher incidence in the world. For diagnosis it is necessary equipment capable of measuring it reliably, designing such equipment is one of the areas of electrical engineering. The objective of this project was to develop a prototype of a non-invasive blood pressure monitoring system. For this, researchers about blood pressure, methods and equipment for measuring it were done, after the studies it was chosen to develop a prototype that uses the oscillometric method. The circuit has been developed to measure the pressure, a firmware to a PIC24 microcontroller family, which controls the scanning and processing of data, estimated values of systolic and diastolic pressure are recorded on an SD card and shown on a display. Results of comparison tests between the prototype and commercial models, have proven the effectiveness of the developed model.

Key word: Blood Pressure, Oscillometric method, Biomedical.

ÍNDICE

LISTA DE FIGURAS .................................. ................................................. 6

LISTA DE TABELAS .................................. ................................................ 8

LISTA DE SÍMBOLOS ................................. ............................................... 9

1 - INTRODUÇÃO ..................................................................................... 11

2 - FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ......................... .................................. 13

2.1 PRESSÃO ARTERIAL ................................................................................. 13 2.2 MÉTODOS DE AFERIÇÃO DA PA .............................................................. 15

3 - DESENVOLVIMENTO PRÁTICO ....................... ................................. 23

4 - RESULTADOS E DISCUSSÕES ....................... .................................. 34

5 - CONCLUSÃO ..................................... ................................................. 42

REFERÊNCIAS ........................................................................................ 43

ANEXO A - DATA SHEET: MICROPOWER AMPLIFIER INA26 .. ............ 46

ANEXO B - DATASHEET: PIC24FJ128GA010 Family. ...... ..................... 47

ANEXO C - DATASHEET: MPX2053 Series. .............. ............................. 48

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Gráfico Pressão X Tempo, Oscilação X Tempo ............................... 21

Figura 2 - Diagrama do protótipo ...................................................................... 23

Figura 3 - Manguito ......................................................................................... 24

Figura 4 - Sensor .............................................................................................. 24

Figura 5 - Amplificador de Instrumentação ....................................................... 25

Figura 6 - Esquemático do Sensor conectado ao amplificador ........................ 26

Figura 7 - Esquemático do Filtro Ativo. ............................................................ 27

Figura 8 - Protoboard dos blocos 2, 3, e 4. ...................................................... 27

Figura 9 - Placa de desenvolvimento PIC 24 ................................................... 28

Figura 10 - Fluxograma do algoritimo de teste ................................................. 29

Figura 11 - Tela do Ambiente de Trabalho MPLAB .......................................... 30

Figura 12 - Pickit 3 ........................................................................................... 31

Figura 13 - Fluxograma Final do Projeto .......................................................... 32

Figura 14 - Protótipo Concluído ........................................................................ 33

Figura 15 - Protótipo para Teste ....................................................................... 34

Figura 16 - Resultados obtidos no Osciloscópio .............................................. 36

Figura 17 - Gráfico obtido via A/D .................................................................... 37

Figura 18 - Tela 1 do Display ........................................................................... 38




LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Valores da Pressão obtidos no manguito ........................................ 35

Tabela 2 - Modelos Comercias X Protótipo ...................................................... 40

LISTA DE SÍMBOLOS

A-Ampére

A/D - Conversor analógico digital

Am - Amplitude máxima de oscilação

cm - Centímetro

dB - Decibel

DBP- Diastolic Blood Pressure - Pressão Diastólica

HAS - Hipertensão Arterial Sistêmica

Hz - Hertz

k - Kilo

MAP - Mean Arterial Pressure – Pressão Arterial Média

MAPA - Monitor Ambulatorial de Pressão

mmHg - Milímetros de Mercúrio

mV - mili-Volt

PA - Pressão Arterial

s - Segundos

SBP - Sistolic Blood Pressure- Pressão Sistólica

V – Volts

11

1 - INTRODUÇÃO

A hipertensão arterial sistêmica (HAS), popularmente pressão alta, é

atualmente uma das doenças com maior ocorrência no mundo, atingindo cerca

de 25% da população (LOPES, 2006).

A hipertensão arterial apresenta custos médicos e socioeconômicos

elevados. No Brasil a primeira causa de morte é o acidente vascular cerebral e

a segunda o infarto do miocárdio. A elevação da pressão arterial representa

um fator de risco independente, linear e contínuo para doença cardiovascular

(V DIRETRIZES Brasileiras de Hipertensão Arterial, 2006).

Para o diagnóstico da HAS faz-se necessários equipamentos capazes

de aferí-la com confiabilidade. Existem métodos invasivos e não invasivos para

aferir a pressão. Os não invasivos são mais utilizados por apresentarem maior

segurança para o paciente.

Umas das preocupações do mundo atual é o desenvolvimento de

equipamentos médico com qualidade e confiabilidade, porém de baixo custo,

possibilitando assim o acesso à saúde para uma porcentagem maior da

população. Sabe-se que o aumento de equipamentos disponíveis no mercado

contribui significativamente para a sua popularização.

De encontro a estas expectativas este trabalho foi desenvolvido em

parceria com a HS Technology – Indústria e Comércio de Equipamentos

Eletrônicos Ltda, tendo como objetivo geral desenvolver um protótipo de um

sistema não invasivo de monitoramento da pressão arterial.

Para a realização do trabalho foram definidos os seguintes objetivos

específicos:

• Pesquisar sobre a hipertensão arterial e suas conseqüências;

• Estudar sobre os diferentes métodos e equipamentos de aferimento

da pressão arterial;

12

• Desenvolver um circuito para aferir a pressão arterial;

• Programar um firmware para digitalização e processamento dos

dados utilizando um microcontrolador;

• Desenvolver um sistema para gravar dados em uma memória flash

(cartão SD).

Para discorrer sobre os estudos realizados e que embasaram esta

pesquisa, assim como apresentar os resultados obtidos, dividiu-se o presente

texto em cinco capítulos, a saber:

No Capítulo dois é apresentada a Fundamentação Teórica, isto é, uma

revisão de literatura acerca da pressão arterial, os métodos e equipamentos

existentes para seu aferimento, os parâmetros que definem a Hipertensão e

Hipotensão arterial.

No capítulo três é descrito todas as fases de desenvolvimento do

protótipo, desde o estabelecimento das etapas, a seleção dos componentes e a

montagem do protótipo propriamente dito.

No Capítulo quatro é apresentado as discussões acerca dos testes e

resultados obtidos.

Na seqüência, é apresentado no capítulo cinco, as Considerações

Finais.

13

2 - FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

2.1 PRESSÃO ARTERIAL

O termo Pressão é definida pelas leis da Física como Força sobre uma

determinada área. Na medicina a força que o sangue exerce nas artérias é

denominada por diversos autores, como Bronzino (2000), por Pressão

Sanguínea. Já outros autores, como Padilha et all (2010) e os membros da

Sociedade Brasileira da Cardiologia (V DIRETRIZES Brasileiras de Hipertensão

Arterial, 2006), denominam como Pressão Arterial. Neste trabalho será adotado

Pressão Arterial ou simplesmente PA.

Segundo Mesquita (2011) os sinais vitais do ser humano são formados

pela Pressão Arterial, Freqüência Cardíaca, Temperatura e Freqüência

Respiratória, tais funções corporais podem ser monitoradas e suas alterações

podem evidenciar o comportamento do organismo. Neste trabalho interessa

discorrer sobre a Pressão Arterial, uma vez que o objeto de estudo deste

trabalho está diretamente relacionado a seu aferimento.

A medida da PA contribui na avaliação da eficiência do sistema

circulatório. Sua medida relaciona-se com a capacidade das artérias de se

dilatarem, o volume circulante de sangue e a quantidade de resistência que

deve ser vencida pelo coração ao bombear o sangue, Timby (2005).

Comumente define-se por Pressão sistólica (Sistolic Blood Pressure1),

a pressão quando o coração está na sístole2, neste caso o coração se contrai

ejetando sangue nas artérias. Pressão diastólica (Diastolic Blood Pressure3), é

1 Sistolic Blood Pressure, doravante denominado simplesmente por SBP. 2Sístole: Movimento de contração do coração e das artérias, responsável pelo impulso que faz circular o sangue. (http://www.dicio.com.br/sistole/). 3 Diastolic Blood Pressure, doravante denominado simplesmente por DBP.

14

a pressão quando o coração está na diástole4 momento em que o coração

relaxa e recebe sangue das veias.

A Pressão Arterial Média (Mean Arterial Pressure5) é a média das

pressões arteriais medidas a cada milissegundo durante certo intervalo de

tempo. Observa-se que a Pressão Arterial Média não é igual a média simples

entre as SBP e DBP isto porque a PA permanece mais próxima da diastólica

que da sistólica durante a maior parte do ciclo cardíaco. A equação para

encontrar a Pressão Arterial Média é dada por:

MAP = SBP/3 + 2DBP/3

O manômetro de mercúrio tem sido usado desde a antiguidade como

referência padrão para a medida da pressão. Por isso, a PA é medida em

milímetros de mercúrio, isto é, quando se diz que a pressão em um vaso é de

50mmHg, isso significa que a força exercida é suficiente para impulsionar a

coluna de mercúrio até a altura de 50mm contra a gravidade. Se a pressão for

de 100 mmHg, será capaz de impulsionar a coluna de mercúrio até 100

milímetros, Guyton (2006).

Ao aferir a PA o primeiro valor obtido é da SBP na seqüência é da

DBP, então quando é dito que a PA de um paciente é 12 por 8, isto significa

120 mmHg de SBP e 80mmHg de DBP.

Existem diversos estudos estabelecendo os valores de referência da

PA, parece comum considerar os valores normais para a PA entre 90 a 140

para SBP e entre 60 a 90 para DBP. Dessa forma, quando seus valores são

superiores a 140 por 90 mmHg é denominado Hipertensão Arterial

popularmente chamada de pressão alta, para valores inferiores a 90 por 60

mmHg denomina-se Hipotensão Arterial popularmente conhecida por pressão

baixa.

4Diástole:“Movimento de dilatação do coração e das artérias.” Disponível em: http://www.dicio.com.br/diastole/. 5 Mean Arterial Pressure, doravante denominado simplesmente por MAP.

15

A elevação da PA representa um fator de risco independente, linear e

contínuo para doença cardiovascular. A hipertensão arterial apresenta custos

médicos e socioeconômicos elevados, decorrentes principalmente das suas

complicações, tais como: doença cerebrovascular, doença arterial coronariana,

insuficiência cardíaca, insuficiência renal crônica e doença vascular de

extremidades. (V DIRETRIZES Brasileiras de Hipertensão Arterial, 2006.)

A associação Brasileira de Cardiologia considera como fatores de risco

para hipertensão arterial, consumo de sal em excesso, consumo de álcool,

obesidade, sedentarismo, maior prevalência em afrodescendentes (V

DIRETRIZES Brasileiras de Hipertensão Arterial, 2006).

Segundo este mesmo documento a PA aumenta linearmente com a

idade e pessoas pertencentes a níveis socioeconômicos mais baixos

apresentam maior prevalência de hiper tensão arterial e atribui como possíveis

fatores os hábitos alimentares que inclui consumo de sal e ingestão de álcool,

índice de massa corpórea aumentado, estresse psicossocial, menor acesso

aos cuidados de saúde e nível educacional são possíveis fatores associados.

A hipertensão arterial sistêmica (HAS), popularmente conhecida como

pressão alta, é atualmente uma das doenças com maior ocorrência no mundo.

Dados recentes publicados pela Revista Brasileira de Hipertensão, indicam que

entre 25% a 30% dos adultos do planeta apresentam elevação da pressão

arterial, aos quais se atribuem os risco de hipertrofia cardíaca e insuficiência

cardíaca, que podem gerar aumento nos índices de acidente vascular cerebral,

infarto agudo do miocárdio, má perfusão periférica. Somente do Brasil, existem

30 milhões de hipertensos, número que coloca a Hipertensão arterial como a

primeira causa de morte por acidente vascular cerebral e a segunda por infarto

do miocárdio, Malachias (2010).

2.2 MÉTODOS DE AFERIÇÃO DA PA

Segundo Boaventura, et all (2009) a verificação da PA pode ser

realizada por meio de métodos invasivos e não invasivos, de acordo com a

disponibilidade e da gravidade do caso.

16

Os métodos invasivos, são procedimentos hospitalares, que por meio

da punção arterial a PA é monitorada direta e constantemente, os valores são

extremamente precisos, são recomendados para pacientes com níveis

pressóricos instáveis, são utilizados em último caso devido ao riscos que o

procedimento pode representar ao paciente.

Nos métodos não invasivos os riscos ao paciente são mínimos, pois a

PA é aferida de forma indireta, é útil em pacientes estáveis. Entretanto sua

leitura subestima em cerca de 10 a 20 mmHg à medida invasiva.

Existem diferentes aparelhos e diferentes técnicas de aferir a PA pelo

método não invasivo. A maioria utiliza um manguito (braçadeira) que é

colocada no braço do paciente e inflada até que a pressão por ela exercida

seja superior à SBP. O manguito é gradualmente esvaziada, com velocidade

de 2 a 4 mmHg por segundo retomando-se o fluxo de sangue.

2.2.1 Método Palpatório

Neste procedimento, após inflar o manguito o responsável por medir a

PA coloca-se os dedos sobre a artéria do paciente, a pressão do manguito é

aliviada. O ponto em que se sente a primeira pulsação corresponde a SBP.

Como vantagens desse método destacam-se: a técnica não requer

muitos equipamentos e pode ser realizado em um ambiente ruidoso. Como

desvantagens observa-se que a técnica não apresenta resultados precisos

para crianças e hipotensos e que somente é possível medir a SBP, uma vez

que não é perceptível as mudanças na qualidade da pulsação a ponto de se

medir a DBP. Dado às desvantagens citadas este método praticamente não é

utilizado de forma isolada, apenas como uma das etapas recomendadas no

Método Auscultatório.

17

2.2.2 Método Auscultatório

O Método Auscultatório é o mais popularmente utilizado, baseado na

descoberta dos Sons de Korotkoff ocorrida em 1905, por Nicolai Sergei

Korotkoff, tal experimento provocou perturbação no silencioso fluxo laminar

sangüíneo na artéria braquial gerando vórtices audíveis, o que possibilitou

auscultar pela primeira vez, os sons que indicam os níveis das pressões

sistólica e diastólica, durante a deflação do manguito, Arcuri et all, (2007).

Segundo Timby (2005) Sons de Korotkoff são sons resultantes das

vibrações do sangue na parede arterial ou de mudanças no fluxo sanguíneo,

esses sons seguem 5 fases peculiares e se correlacionam com as medidas da

SBP e DBP. Enquanto desinfla o manguito o responsável por medir a PA,

ausculta os sons utilizando um estetoscópio.

A fase I do Som de Korotkoff inicia com um som súbito, forte, bem

definido, que aumenta em intensidade, esse som ocorre após um período de

silêncio, nesse momento é registrada a SBP.

Os sons da fase I podem desaparecer totalmente por breves instantes,

esse período em que o som desaparece é conhecido como intervalo

auscultatório ou hiato auscultatório, pode abranger uma variação até de

40mmHg, o fracasso em identificar o som inicial, anterior ao intervalo

auscultatório, resulta em uma medida inexata da PA. Conseqüentemente,

muitos pacientes com hipertensão podem não ser identificados, Timby (2005).

A fase II consiste em uma sucessão de sons soprosos, mais suaves e

prolongados (qualidade de sopro intermitente).

A fase III caracteriza-se por desaparecimento dos sons sopros e

surgimento de sons mais nítidos e intensos (semelhantes ao da fase I), que

aumentam em intensidade.

Na fase IV os sons tornam-se abruptamente mais suaves e abafados,

são menos claros.

Finalmente, a fase V caracteriza-se pelo desaparecimento completo

dos sons, nesse ponto é registrado a DBP.

18

O método auscultatório é o mais utilizado, pois sua técnica é

relativamente simples e não necessita de muitos equipamentos, entretanto

apresenta desvantagens, não pode ser utilizado em ambientes ruidosos; a

medida depende da sensibilidade auditiva do observador, dessa forma,

diferentes observadores obtêm diferentes resultados. Outro fator verificado é

que muitos profissionais das instituições de saúde não registram as medidas

precisamente, pois preferem fazer o registro das medidas em números

arredondados.

A Sociedade Brasileira de Cardiologia, na publicação da V Diretrizes

Brasileiras de Hipertensão (2006) listou em detalhes os procedimentos

necessários para que na medição da PA obtenham-se resultados mais

precisos:

i) Preparo do paciente para a medida da pressão art erial

• Explicar o procedimento ao paciente;

• Repouso de pelo menos 5 minutos em ambiente calmo;

• Evitar bexiga cheia;

• Não praticar exercícios físicos 60 a 90 minutos antes;

• Não ingerir bebidas alcoólicas, café ou alimentos e não fumar 30

minutos antes;

• Manter pernas descruzadas, pés apoiados no chão, dorso

recostado na cadeira e relaxado;

• Remover roupas do braço no qual será colocado o manguito;

• Posicionar o braço na altura do coração (nível do ponto médio do

esterno ou 4° espaço intercostal), apoiado, com a p alma da mão voltada para

cima e o cotovelo ligeiramente fletido;

• Solicitar para que não fale durante a medida;

19

ii) Procedimento de medida da pressão arterial

• Medir a circunferência do braço do paciente;

• Selecionar o manguito de tamanho adequado ao braço;

• Colocar o manguito sem deixar folgas acima da fossa cubital,

cerca de 2 a 3 cm;

• Centralizar o meio da parte compressiva do manguito sobre a

artéria braquial;

• Estimar o nível da pressão sistólica (palpar o pulso radial e inflar o

manguito até seu desaparecimento, desinflar rapidamente e aguardar 1 minuto

antes da medida);

• Palpar a artéria braquial na fossa cubital e colocar a campânula

do estetoscópio sem compressão excessiva;

• Inflar rapidamente até ultrapassar 20 a 30 mmHg o nível estimado

da pressão sistólica;

• Proceder à deflação lentamente (velocidade de 2 a 4 mmHg por

segundo);

• Determinar a pressão sistólica na ausculta do primeiro som (fase I

de Korotkoff), que é um som fraco seguido de batidas regulares, e, em seguida

aumentar ligeiramente a velocidade de deflação;

• Determinar a pressão diastólica no desaparecimento do som (fase

V de Korotkoff);

• Auscultar cerca de 20 a 30 mmHg abaixo do último som para

confirmar seu desaparecimento e depois proceder à deflação rápida e

completa;

• Se os batimentos persistirem até o nível zero, determinar a

pressão diastólica no abafamento dos sons (fase IV de Korotkoff) e anotar

valores da pressão sistólica e diastólica;

• Esperar 1 a 2 minutos antes de novas medidas;

• Informar os valores de pressão arterial obtidos para o paciente;

• Anotar os valores e o membro.

20

2.2.3 Método Oscilométrico

É o método mais empregado em medições automáticas da pressão

arterial.

Segundo Bronzino (2000) a sua origem antecede o método de

Korotkoff, entretanto só se popularizou em medições eletrônicas. Em 1885 o

Fisiologista francês Marey em seus experimentos colocou o braço de um

paciente em uma câmara de pressão e observou que a pressão da câmara

oscilava com o pulso e a magnitude da oscilação dependia da pressão da

câmara. Sabe-se hoje que estas oscilações correspondem ao efeito de oclusão

da artéria e que o mesmo efeito pode ser observado na pressão de um

manguito oclusor e que pode se relacionar com a PA.

Detecta-se a amplitude das oscilações provocadas na braçadeira pela

pulsação intra-arterial. Utilizando transdutores pizoelétrico, os sinais são

processados por um microcontrolador e os valores da PA exibidos em um

display.

Quando o manguito atinge a amplitude máxima de oscilação (Am), a

pressão do mesmo é igual a Pressão Arterial Média. A Pressão Sistólica e a

Pressão Diastólica são estimadas a partir das amplitudes das oscilações

através de um algoritmo empírico.

Segundo Bronzino (2000) estudos mostraram que o ponto onde a

amplitude da oscilação é aproximadamente 0.55 Am encontra-se a SBP. Da

mesma forma quando a amplitude da oscilação atinge aproximadamente 0.85

Am equivale a DBP.

A grande vantagem deste método em relação aos já mencionados

anteriormente, é eliminar o fator humano.

Na Figura 1 o gráfico mostra a pressão pelo tempo conforme o

manguito desinfla e também a amplitude das oscilações pelo mesmo período

de tempo.

21

Figura 1 - Gráfico Pressão X Tempo, Oscilação X Tem po

(Fonte: Bronzino, 2000).

2.2.4. Método Auscultatório Automático

Neste método não é necessaário que o responsável pela medição da

PA ausculte o som, pois um microfone capta esses sons e os envias para um

microcontrolador que os analisa para determinar qual a fase dos sons de

Korotkoff. O sistema anota a pressão a que os sons iniciam (SBP) e a pressão

que os sons encerram, fase V (DBP).

O processo de utilização é similar aos outros métodos, a braçadeira é

inflada para uma pressão superior à SBP (20 a 30 mmHg). Em seguida é

desinflada lentamente (2 a 3 mmHg por segundo). Quando é identificada a

22

fase V o processo de medição termina e a braçadeira é desinflada rapidamente

e os valores de SBP e DBP são exibidos em um display.

Este procedimento assim como o método oscilométrico apresenta a

vantagem de eliminar o fator humano.

O desenvolvimento deste método é trabalhoso, exige um

processamento de sinal complexo para separar os sons desejados (Sons de

Korotkoff) dos ruidos de fundo, por exemplo, os sons do batimento cardíaco.

2.2.5 Monitor Ambulatorial de Pressão (MAPA)

Surgiu a partir dos métodos eletrônicos (oscilométrico e auscultatório

automático) tem utilização crescente no cotidiano médico. Ao utilizá-lo o

paciente tem sua pressão arterial verificada automaticamente, diversas vezes,

de forma não-invasiva, em um período pré-determinado de tempo,

normalmente 24 horas.

Este equipamento permitiu um avanço nos estudos sobre os efeitos da

medicação e das diferentes atividades do dia-a-dia na variação da pressão

arterial. É altamente recomendado para identificação da hipertensão do jaleco

branco “white coat hypertension”, casos em que o paciente apresenta

hipertensão apenas em ambiente médico (V DIRETRIZES Brasileiras de

Hipertensão Arterial, 2006).

23

3 - DESENVOLVIMENTO PRÁTICO

Após os estudos das técnicas e equipamentos para a medição da PA,

optou-se por utilizar o método oscilométrico, visto que seu desenvolvimento é

um pouco menos complexo que o método auscultatório automático, assim o

fator tempo para e realização e o custo final do projeto, contribuíram na escolha

do método oscilométrico. Foi desenvolvido um protótipo conforme o diagrama

de blocos abaixo.

Figura 2 - Diagrama do Protótipo

O primeiro bloco, é composto pelo manguito, como explicado

anteriormente, durante o uso este será inflado para ocluir a artéria, alcançando

um nível de pressão de 20 a 30 mmHg superior a SBP.

24

Foi adquirido um modelo comercial de manguito, com circunferência

ajustável, específico para ser utilizado em adultos.

Figura 3 – Manguito

O segundo bloco, composto pelo transdutor de pressão, para

equiparar-se aos manômetros analógicos iniciou-se a pesquisa buscando um

sensor com faixa de grandeza de 0~300mmHg.

Após pesquisas com sensores disponíveis no mercado optou-se pelo

sensor MPXV2053GP fabricado pela Freescale Semiconductor, por apresentar

baixo custo e responder as expectativas do pesquisador.

Figura 4 - Sensor (Fonte: Datasheet MPXV2053GP)

25

O sensor selecionado é do tipo pizzoresistivo, sua saída é diferencial,

variando de 0 a 40mV conforme a variação da pressão de 0 a 375mmHg. Sua

alimentação exige 10V(Datasheet MPX2053GP). No protótipo aplica-se -5V no

pino denominado GND e 5V no pino denominado Vs.

Terceiro bloco, composto pelo Amplificador de Instrumentação tem a

função de amplificar a tensão de saída do sensor. Foi selecionado um

amplificador de instrumentação INA126, fabricado pela Born Brown.

Figura 5 - Amplificador de Instrumentação (Fonte: D atasheet INA 126)

Este modelo possui alta taxa de rejeição em modo comum (common-

mode rejection), valor típico de 90 dB. Sua alimentação é dual, podendo variar

de ±1,35V a ±18V, o ganho que ele proporciona a tensão é variável podendo

ser ajustado conforme a escolha do valor do resistor posicionado entre os pinos

3 e 4 (Datasheet INA126). Tais características contribuíram de forma definitiva

para a escolha desse modelo.

Neste projeto o amplificador é alimentado com ±5V. Determinou-se um

resistor e 1k Ω entre os pinos 3 e 4, assim a tensão recebida do sensor é

multiplicada por 85 de forma que a saída do 3° bloc o varia de 0~3,4V. Dessa

forma garante-se uma melhor qualidade na leitura do A/D (próximo bloco), visto

que o A/D lê tensão de 0 a 3,3V. Segue o esquemático do sensor de pressão

conectado ao amplificador de instrumentação.

26

Figura 6 - Esquemático do Sensor conectado ao ampli ficador

Observa-se, na figura 2, que a saída do amplificador é ramificada, onde

um ponto vai para o conversor A/D do microcontrolador e outro ponto segue

para o Filtro Ativo rico.

O quarto bloco, Filtro Ativo, é composto por um amplificador

operacional e uma combinação de resistores e capacitores formando um filtro

passa – alta, projetado para bloquear o sinal de pulsação e permitir a

passagem do sinal de oscilação, BRAGA (2006).

A saída do Filtro Ativo tem a característica da segunda parte da figura

7. Tal saída é conectada ao outro A/D do microcontrolador.

Na seqüência (figura 7) observa-se o Esquemático do Filtro Ativo.

27

Figura 7 - Esquemático do Filtro Ativo.

Foi realizada a montagem dos blocos 2, 3 e 4 do projeto em

protoboard conforme figura 8.

Figura 8 - Protoboard dos blocos 2, 3, e 4.

O quinto bloco, o microcontrolador, em função dos conhecimentos

28

prévios sobre este componente e a facilidade de acesso, foi selecionado o

microcontrolador PIC24FJ128GA006, para compor o projeto.

Tal componente possui 64 pinos, A/D de 10 bits com 16 canais, pode

ser alimentado na faixa de 2 a 3,6 V (Datasheet, PIC24FJ128GA006), neste

projeto será alimentado com 3,3V. Sua função é interpretar a forma de onda

de saída do filtro ativo e de saída do amplificador, seu A/D converte a tensão

analógica em digital, um algoritmo grava as formas de onda e encontra os

valores da SBP e DBP.

Na figura 9 se observa o microcontrolador soldado em uma placa de

desenvolvimento, já utilizado em outros projetos da empresa e também neste

trabalho.

Figura 9 - Placa de desenvolvimento PIC 24

Sexto bloco, Cartão de Memória SD, foi adquirido um cartão modelo

comercial, que pode ser observado na figura 9. Este cartão foi utilizado

inicialmente para testes do A/D. Para isso, foi desenvolvido um algoritmo

(figura 10) onde todas as leituras do A/D foram gravadas em um arquivo tipo txt

no cartão de memória. Abaixo fluxograma desse algoritmo.

29

Inicio

Configuração inicial

do pic;

Pressão = 200 mmHg

Lê A/D 1

Pressão= valor A/D 1

convertido mmHg

Lê A/D 1 e

Converte p/ mmHg;

Pressão[]= valor A/D convertido;

Lê A/D 2

oscilação[]= valor A/D 2

N

S

Pressão = 0 mmHg

1

S

N

1

Salva no cartão SD:

“Pressão[]

E oscilação[]”

Gera arquivo tcc.txt no cartão

SD

Fim

Figura 10 - Fluxograma do algoritimo de teste

No protótipo final passou a ser gravado no cartão SD somente os

valores da Pressão Sistólica e Diastólica encontrados pelo microcontrolador.

O Sétimo bloco, Display Cristal Líquido, o modelo selecionado foi o

ST7528, fabricado pela Newhaven Display International.(DATASHEET

ST7528). O display exibe os valores da SBP e DBP conforme comandos do

microcontrolador. Este modelo foi selecionado em função da facilidade de

acesso ao mesmo e de já possuir as rotinas iniciais de comunicação.

O firmware foi desenvolvido em linguagem C, utilizando o compilador

C30 da Michochip e o ambiente de trabalho MPLAB, também da Microchip.

Foram utilizados exemplos e bibliotecas contidas no site desta Empresa, cujo

30

endereço eletrônico é http://www.microchip.com, sub-rotinas desenvolvidas

anteriormente na Empresa HS, e também exemplos e disponibilizados por

Daniel Rodrigues de Sousa e David José de Souza no livro Desbravando Pic

24.

Figura 11 - Tela do Ambiente de Trabalho MPLAB

Para gravar o firmware no microcontrolador foi utilizado o gravador

Pickit 3, que se comunica com o computador via USB e com o Pic através de

contato com 5 pinos pré-configurados para realizar a gravação.

31

Figura 12 - Pickit 3(Fonte do Autor)

O algoritmo resume-se em:

O display mostra na tela a mensagem: “Infle o manguito até 200mmHg”

O microcontrolador lê o A/D, converte o valor de tensão em mmHg e

mostra no display o valor da pressão atual, enquanto o manguito é inflado até

200mmHg. Quando a pressão atinge os 200mmHg, o microcontrolador passa a

salvar em 2 vetores os valores da pressão e da oscilação; exibe a mensagem:

“Desinfle o manguito devagar” e mostra no display o valor da pressão

decrescendo.

Quando o manguito é esvaziado completamente, o display exibe uma

mensagem de: “Aguarde os valores da pressão arterial estão sendo

calculados”. Enquanto isso o microcontrolador processa os dados, isto é,

percorre o vetor onde foi salvo as oscilações em busca da posição em que se

encontra a amplitude máxima de oscilação. Na seqüência percorre o vetor

novamente buscando a posição dos picos de oscilação com aproximadamente

55% e 85% dessa amplitude.

Feito isso o microcontrolador relaciona as posições do vetor de pressão

com as encontradas no vetor de oscilação e exibe no display o valor dessas

posições que são as Pressões Sistólica e Diastólica respectivamente, também

32

cria um arquivo no cartão SD e grava esses valores.

Figura 13 - Fluxograma Final do Projeto

Na figura 14 observa-se a foto do protótipo concluído.

33

Figura 14 - Protótipo Concluído

34

4 - RESULTADOS E DISCUSSÕES

Para validar o sensor foi utilizado um manômetro aneróide, na figura 15

é possível visualizá-lo junto com o circuito e o manguito.

Figura 15 - Protótipo para Teste

O manguito foi inflado para alcançar determinadas pressões que foram

verificadas no manômetro, enquanto isso, o valor da tensão na saída do

amplificador era acompanhado em um multímetro.

Na tabela 1 tem-se os valores da pressão no manguito segundo o

manômetro, na coluna Pressão Manômetro; na coluna Valor Calculado tem-se

os valores calculados levando em conta a saída esperada no amplificador, a

qual deveria marcar 3,4V para a pressão de 375mmHg no sensor; a coluna

Valor Medido corresponde aos valores obtidos no multímetro e a coluna

Diferença corresponde a porcentagem da diferença entre o valor calculado e o

medido.

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Tabela 1 - Valores da Pressão obtidos no manguito

Pressão

Manômetro(mmHG)

Valor

Calculado (V)

Valor

Medido(V)

Diferença

(%)

300 2,72 2,8 2,94

280 2,54 2,58 1,63

260 2,36 2,41 2,23

220 1,99 2,01 0,77

200 1,81 1,85 2,02

160 1,45 1,47 1,33

120 1,09 1,06 2,57

80 0,73 0,71 2,11

40 0,36 0,37 2,02

20 0,18 0,19 4,78

Observa-se que a menor diferença em percentual obtida foi de 0,8% e

a maior de 4,8%. Porém para os valores de 40 a 200mmHg, faixa de valores de

maior relevância para o projeto, observa-se que a diferença em percentual

varia entre 1,3 a 2,6%, aproximadamente. Desta forma verifica-se que os

blocos 2 e 3 estão funcionando de forma apropriada.

Depois de adicionado o bloco 4, isto é, o Filtro Ativo, o manguito foi

inflado até 170mmHg e em seguida esvaziado lentamente. Através do

osciloscópio registrou-se a figura 16.

36

Figura 16 - Resultados obtidos no Osciloscópio

Na figura 16 a faixa em amarelo tem-se a saída do bloco 3 e

representa a pressão diminuindo. A faixa em azul tem-se a saída do bloco 4,

isto é, as oscilações que ocorrem enquanto a pressão diminui, comparando

estas ondas com a da Figura 1 observa-se uma grande semelhança,

concluindo assim que a parte inicial do projeto está de acordo com o esperado.

Como citado anteriormente, foi desenvolvido um algoritmo com o

objetivo de gravar as leituras do A/D no cartão SD. A partir desses dados

plotou-se no software Excel o gráfico da figura 17. Em vermelho tem-se a saída

do bloco 3 e representa a pressão diminuindo. A faixa em azul tem-se a saída

do bloco 4, isto é, as oscilações que ocorrem enquanto a pressão diminui.

Foi estimado os valores da Pressão Sistólica e Diastólica. Para tanto

encontrou-se o ponto de amplitude máxima da oscilação e os picos de

oscilação com aproximadamente 55% e 85% dessa amplitude e relacionou-se

as posições no gráfico de oscilação (em azul) com as posições no gráfico de

pressão (em vermelho) que são as Pressões Sistólica e Diastólica

respectivamente.

37

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

Figura 17 - Gráfico obtido via A/D

É possível novamente verificar as formas de onda de saída dos blocos

3 e 4 da figura 2, sua coesão com as ondas da referência bibliográfica,

comprovando também o funcionamento do A/D e do cartão de memória.

As próximas figuras apresentam a seqüência de utilização do aparelho.

Inicialmente (figura 18) é requisitado que o usuário infle o manguito até

200mmHg, enquanto o mesmo está sendo inflado o valor atual da pressão do

manguito é mostrado no display, tal valor é sempre atualizado.

MAP

SBP 120 mmHg

DBP 70 mmHg

38

Figura 18 - Tela 1 do Display

Quando o manguito atinge os 200 mmHg (figura 19)é requisitado que o

usuário desinfle o manguito lentamente, novamente o display mostra a pressão

atual do manguito e vai atualizando este valor na medida em que a pressão

diminui.


Quando o manguito é completamente esvaziado (figura 20) o display

39

exibe a mensagem: “Aguarde os valores da pressão arterial estão sendo

calculados.”


Após alguns segundos os valores da Pressão Sistólica e da Pressão

Diastólica são apresentados no display, como pode ser observado na figura 21.


40

Para testar o protótipo final, três voluntários aferiram a pressão em

duas farmácias diferentes e em seguida no protótipo por duas vezes, onde

observa-se que:

Os valores da PA encontrados nas duas farmácias são exatamente os

mesmos. A variação entre a primeira e a segunda medição tem diferença

máxima de 4mmHg e mínima de 1mmHg, mesma diferença encontrada entre

os valores do protótipo e da farmácia, como pode ser observado na tabela 2.

Tabela 2 - Modelos Comercias X Protótipo

Farmácia 1

Farmácia 2

Protótipo

Medição 1

Protótipo

Medição 2

Voluntário 1

Pressão

Sistólica

120mmHg 120mmHg 123mmHg 121mmHg

Pressão

Diastólica


Voluntário 2

Pressão

Sistólica


Pressão

Diastólica


Voluntário 3

Pressão

Sistólica


Pressão

Diastólica


Aparelhos digitais comerciais em sua maioria apresentam variação de

±3mmHg. Analisando os valores obtidos nas aferições realizadas nas

41

farmácias são números inteiros, é costume entre os profissionais da área

descartar a última casa, enquanto o protótipo obtém valores utilizando as três

casas decimais, assim o erro pode apresentar uma diferença maior ou menor

do que a encontrada.

Dessa forma, apesar de uma certa variação dos valores obtidos com o

protótipo e nos aparelhos comercias validados, estão na mesma ordem de

grandeza, podemos assim considerar que o protótipo respondeu ao esperado.

42

5 - CONCLUSÃO

O projeto ocorreu como planejado, os objetivos específicos foram

alcançados, foi realizado uma pesquisar sobre a hipertensão arterial e suas

conseqüências e sobre os diferentes métodos e equipamentos de aferimento

da pressão arterial que serviu de embasamento teórico para o trabalho.Foi

desenvolvido um circuito para aferir a pressão arterial, um firmware para

digitalização e processamento dos dados utilizando um microcontrolador e um

sistema para gravar dados em uma memória flash (cartão SD).

Assim como os objetivos específicos o objetivo geral foi alcançado,

têm-se o protótipo de um sistema de monitoramento não - invasivo da PA, uma

vez que não foram diferentes entre si as medições obtidas pelo protótipo e

pelos aparelhos comerciais.

Apesar dos objetivos terem sido alcançados o projeto não se esgota

aqui. Em trabalhos futuros propõe-se:

• Projetar o circuito de alimentação do protótipo de forma que o

mesmo possa funcionar sendo alimentado com pilhas.

• Implementar a função sleep no microcontrolador, reduzindo assim

o consumo enquanto não estiver em uso.

• Implementar a função hora e calendário no microcontrolador,

podendo assim gravar no cartão de memória os valores da pressão

arterial, juntamente com a data e a hora que a mesma for aferida,

permitindo assim realizar o acompanhamento da variação da PA com

o tempo, podendo assim ser utilizado como um MAPA.

• Realizar um maior número de testes, a fim de comprovar o

funcionamento do aparelho por meio de dados estatísticos. E se

necessário reajustar algum parâmetro do projeto para melhorar a

precisão.

43

REFERÊNCIAS

ARCURI, Edna Apparecida Moura; et all. (2007). Sons de Korotkoff: desenvolvimento da pesquisa em esfigmomanometria na Escola de Enfermagem da USP. Revista da Escola de Enfermagem da USP . <Disponível em http://www.ee.usp.br/reeusp/ upload/ pdf/ 315.pdf> acessado em 22/03/2011 BOAVENTURA, Camila Silva ET al. Monitorização Hemodinâmica Não-invasiva. GUIMARÃES, Hélio Penna, FALCÃO, Luiz Fernando dos Reis, ORLANDO, José Maria da Costa. Guia Prático de UTI . São Paulo: Atheneu, 2009. BRAGA, Newton C. Medidor Digital de Pressão Sanguínea. São Paulo: Editora Saber. Revista Saber Eletrônica . Ano 42, número 406 nov 2006. BRONZINO, J. The Biomedical Engineering Handbook. Florida: CRC Press LLC, v. 1, chapter 8, 2000. DATASHEET. Texas Instruments MicroPOWER INSTRUMENTATION AMPLIFIER INA126. 2000. DATASHEET.Microchip, PIC24FJ128GA010 Family . 2009. DATASHEET. Freescale Semiconductor,MPX2053 Series. 2009. DATASHEET.NewHaven Display International. ST7528. 2007. GUYTON, Arthur. Tratado de Fisiologia Médica . Rio de Janeiro: Elsevier, 2006. Trad. MARTINS, Barbara de Alencar et al. LOPES, Renato Delacio, GUIMARÃES, Hélio Penna. Avaliação Clínica do Paciente Hipertenso. Seminários Brasileiros de Medicina . São Paulo: Artes Médicas, Ano I, Março, 2006.

44

MALACHIAS, Marcus Vinícius Bolívar, Eu sou 12 por 8. Rio de Janeiro: Revista Brasileira de Hipertensão, volume 17, NÚMERO 1, janeiro/março de 2010, MESQUITA, Ayla; Sinais Vatais: O que Monitorar? In VIANA, Renata Andréa Pietro Pereira e WHTAKER, Iveth Yamaguchi. Enfermagem em Terapia Intensiva: Práticas e Vivências. Porto Alegre: Artmed. 2011. V DIRETRIZES Brasileira de Hipertensão Arterial. São Paulo: Sociedade Brasileira de Cardiologia ; 2006. Disponível em http://www.portalsaudebrasil.com/artigospsb/has021.pdf, Acessado em : 12/05/2011 PADILHA, Kátia Grillo, VATTIMO, Maria de Fátima F., SILVA Sandra Cristiane da, KIMURA Miako (Orgs.). Enfermagem em UTI: Cuidando De Paciente Crítico .Barueri,SP: Manole, 2010. SOUSA, Daniel Rodrigues; SOUZA, David José de. Desbravando o PIC24: Conheça os Microcontroladores de 16 bits. São Paulo: Editora Erica. 2008 TIMBY Barbara K. Conceitos e Habilidades Fundamentais no Atendimento de Enfermidades . São Paulo: Artmed Editora AS. 8 edição, 2005.

45

ANEXOS

46

ANEXO A

DATA SHEET: MICROPOWER INSTRUMENTATION AMPLIFIER IN A26

47

ANEXO B

DATASHEET: PIC24FJ128GA010 Family.

ANEXO C

DATASHEET : MPX2053 Series.

48

ANEXO C

DATASHEET: MPX2053 Series.

guilherme battalini silva sistema de monitoramento da pressão arterial

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