engenharia bio 2

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ENGENHARIA BIOMÉDICA
Aula 2-Fundamentos da Instrumentação Biomédica
Tema da Apresentação
FUNDAMENTOS DA INSTRUMENTAÇÃO BIOMÉDICA – AULA 2
ENGENHARIA BIOMÉDICA
Conteúdo Programático desta aula
Bases da Fisiologia Humana
Sinais Biomédicos: De Onde Eles Vem?
Sinais Biomédicos: Para Onde Eles Vão?
Sistemas Inteligentes de Instrumentação Médica (SIIM)
Considerações Importantes para se Desenvolver SIIM
Aspectos Regulamentadores
Tema da Apresentação
FUNDAMENTOS DA INSTRUMENTAÇÃO BIOMÉDICA – AULA 2
ENGENHARIA BIOMÉDICA
Bases da Fisiologia Humana
Podemos distinguir basicamente os seguintes sistemas no nosso corpo:
Sistema cardiovascular
Sistema respiratório
Sistema nervoso
Sistema digestório
Sistema urinário
Sistema reprodutivo
Sistema endócrino
Tema da Apresentação
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ENGENHARIA BIOMÉDICA
Bases da Fisiologia Humana
Podemos distinguir basicamente os seguintes sistemas no nosso corpo:
Sistema cardiovascular
Sistema respiratório
Sistema nervoso
Sistema digestório
Sistema urinário
Sistema reprodutivo
Sistema endócrino
Tema da Apresentação
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Bases da Fisiologia Humana
Tema da Apresentação
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Bases da Fisiologia Humana
O coração, de um ponto de vista da Engenharia, é uma bomba de quatro câmeras, que bombeia 70 vezes por minuto. Esse ritmo é controlado pelo sistema nervoso e também pelos hormônios;
A pressão que o sangue exerce na parede dos vasos sanguíneos pode ser medida, e é conhecida como pressão arterial (geralmente medida em milímetros de mercúrio - mmHg).
A condição do sistema cardiovascular pode ser avaliada, por exemplo, por medidas hemodinâmicas, pela leitura da atividade elétrica do músculo cardíaco (ECG), ou pela ausculta (FCG). 
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Bases da Fisiologia Humana
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Bases da Fisiologia Humana
O ritmo respiratório (inspiração e expiração) é controlado pelo centro respiratório no sistema nervoso central. Aproximadamente, a cada minuto, 250 ml de O2 é captado e 250 ml de CO2 é eliminado pelas vias aéreas;
O volume corrente (volume de ar mobilizado por um indivíduo a cada ciclo respiratório: inspiração mais expiração) é de +/- 500 ml e considera-se uma frequência respiratória normal de 15 a 20 ciclos respiratórios por minuto.
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Para a análise clínica do sistema respiratório, os parâmetros mais importantes são a frequência respiratória, fluxo aéreo respiratório, volume respiratório e concentração de gases (CO2), além do cálculo do volume corrente, capacidade vital e volumes de reserva inspiratório e expiratório
Bases da Fisiologia Humana
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Bases da Fisiologia Humana
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Bases da Fisiologia Humana
O sistema nervoso central (SNC) é composto de encéfalo (cérebro) e medula espinhal. O sistema nervoso periférico (SNP) compreende os nervos e grupos de neurônios além do cérebro e medula;
Dentre os equipamentos usados para a avaliação do sistema nervoso, pode-se citar o eletroencefalograma (EEG), eletromiograma (EMG) e eletroneuromiograma (ENMG).
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Sinais Biomédicos: De Onde Eles Vem?
Um sinal biológico é qualquer variável medida em um organismo vivo, seja em tempo contínuo ou em amostras periódicas. Quando esse sinal é coletado de um paciente, podemos chamá-lo de sinal biomédico;
A Engenharia Biomédica se preocupa em coletar e analisar os sinais biomédicos de um paciente, para dele extrair informações para o diagnóstico e monitoramento precisos. Estes podem ter diversas fontes, dentre elas podemos destacar: sinais bioelétricos, bioacústicos, bioquímicos, magnéticos, biomecânicos, bio-ópticos, de bioimpedância.
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Sinais Biomédicos: Para Onde Eles Vão?
O principal objetivo da instrumentação médica é medir e determinar a presença de algum parâmetro físico provindo do paciente, que possa de alguma forma auxiliar no diagnóstico ou tratamento. A maioria dos equipamentos disponíveis são compostos de sistemas elétricos e eletrônicos. Vemos alguns dispositivos também com sistemas mecânicos, como no caso dos ventiladores;
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Sinais Biomédicos: Para Onde Eles Vão?
Componentes funcionais de qualquer equipamento biomédico:
a) Mensurando: é a grandeza física a ser medida pelo equipamento, no caso o sinal biomédico;
b) Transdutores e sensores: são dispositivos que visam coletar a informação do mensurando e transformar em um sinal utilizável pelo equipamento médico;
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Sinais Biomédicos: Para Onde Eles Vão?
c) Condicionador do sinal: esse dispositivo converte a saída do transdutor do equipamento (o sinal biomédico proveniente do paciente) em uma grandeza elétrica passível de operação por um display ou sistema de gravação, visando aumentar a sensibilidade dos instrumentos ao sinal original. Exemplos de condicionadores são os amplificadores, filtros analógicos e digitais, conversão A/D (analógico/digital) ou D/A (digital/analógico);
d) Sistema de display (visualização): fornece uma representação da grandeza medida em uma escala ou gráfico, ou mesmo com a ajuda de uma representação audível (Ex: ultrassom Doppler).
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Sinais Biomédicos: Para Onde Eles Vão?
Toda informação obtida por um transdutor ou sensor é frequentemente obtida em termos de intensidade de corrente elétrica, voltagem, frequência ou fase do sinal. Contudo, a maioria dos transdutores produzem seus sinais na forma elétrica, e podem ser convertidos em voltagem e processados em amplificadores operacionais. 
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Sinais Biomédicos: Para Onde Eles Vão?
Calibração  conjunto de operações para estabelecer a relação entre os valores indicados pelo equipamento a ser calibrado e os valores reais de referência (ou padrões);
Por exemplo, é comum a utilização de um sinal padrão de calibração como entrada do equipamento biomédico, para então verificar o sinal de saída e avaliar o comportamento do equipamento nessa condição.
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Sinais Biomédicos: Para Onde Eles Vão?
Todo sinal biomédico coletado vem com informações clínicas relevantes, juntamente com o que chamamos de ruído ou artefatos, sinais que não possuem relação com o evento clínico a ser medido, mas que estão presentes no sinal coletado por algum motivo. 
Por exemplo, em locais sem aterramento adequado, os sinais coletados por um transdutor e processados por um sistema eletrônico podem ser contaminados com um ruído específico da rede elétrica, de frequência aproximada de 60 Hertz (60 Hz). Esse ruído pode ser facilmente eliminado por filtros analógicos ou digitais.
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Sinais Biomédicos: Para Onde Eles Vão?
Exemplos (ruído):
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Sinais Biomédicos: Para Onde Eles Vão?
Sinal analógico: tipo de sinal contínuo,
que são lidos de forma direta, sem nenhum tipo de processamento complexo. Exemplos de equipamentos analógicos são um velocímetro de carro, um termômetro de mercúrio, ou uma balança de molas;
Sinal digital: representa algo discreto, ou seja, ele assume valores descontínuos no tempo e em amplitude. Os sinais analógicos podem ser digitalizados para serem processados por um circuito eletrônico ou computador, por exemplo.
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Sinais Biomédicos: Para Onde Eles Vão?
Exemplos (A/D):
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Sinais Biomédicos: Para Onde Eles Vão?
Displays: LED (Light emitting diodes) e o LCD (Liquid crystal display) que requer menos energia para funcionarem, além de serem usados em laptops e outros equipamentos médicos portáteis;
Teclado: presente em grande parte dos equipamentos médicos. A maioria são codificados pelo Código Padrão Americano para o Intercâmbio de Informação (ASCII - American Standard Code for Information Interchange).
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Sistemas Inteligentes de Instrumentação Biomédica (SIIM)
Microprocessadores são circuitos básicos de elementos como transistores, resistores e diodos, para executar instruções lógicas básicas. Inicialmente, os microprocessadores eram usados apenas para substituir os circuitos eletrônicos convencionais. Com o passar do tempo, os equipamentos já realizavam o controle digital de todas as funções do aparelho;
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Sistemas Inteligentes de Instrumentação Biomédica (SIIM)
Microcontroladores contem, em um único pacote, uma unidade de processamento central (CPU - Central Processing Unit); um circuito clock (relógio interno do computador); memória ROM (Read Only Memory), que não é alterada pelo funcionamento do sistema; memória RAM (Random Access Memory); e um circuito entrada/saída (I/O - Input/Output). 
Um microcontrolador não precisa de outros circuitos para funcionar, pois ele possui os elementos básicos para sua operação. Outras vantagens são o baixo custo de manutenção, sem necessidade de design complexo de hardware e reduzida densidade de placa.
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Sistemas Inteligentes de Instrumentação Biomédica (SIIM)
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Considerações Importantes para se Desenvolver SIIM’s
a) Considerações acerca do sinal: tipo do sensor, sensibilidade, impedância de entrada, resposta em frequência, acurácia, confiabilidade;
b) Considerações ambientais: presença de ruído elétrico, estabilidade quanto a temperatura, pressão, umidade, vibração, radiação etc.;
c) Considerações econômicas: custos iniciais e com manutenção, compatibilidade com equipamentos já existentes no hospital;
d) Considerações médicas: técnica invasiva ou não-invasiva, desconforto no paciente, dissipação radioativa e térmica, segurança contra choques, toxicidade do material etc.
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Aspectos Regulamentadores
Importância da regulamentação para o gestor hospitalar: assegura a utilização dos equipamentos médicos de forma legal, ética e moral, uma vez que, em um ambiente hospitalar, estamos lidando com a saúde de seres humanos;
A tecnovigilância, no Brasil, é definida, segundo a ANVISA, como “o sistema de vigilância de eventos adversos e queixas técnicas de produtos para a saúde na fase de pós comercialização, com vistas a recomendar a adoção de medidas que garantam a proteção e a promoção da saúde da população”;
Ag. Regulamentadoras: No Brasil, ANVISA; nos Estados Unidos, a FDA.
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Aspectos Regulamentadores
http://portal.anvisa.gov.br/
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Aspectos Regulamentadores
O Sistema Nacional de Notificações para a Vigilância Sanitária – NOTIVISA é um sistema informatizado que recebe notificações de eventos adversos ou queixas técnicas relacionados a, além de medicamentos, vacinas e pesquisas clínicas, também a artigos médico-hospitalares e equipamento médico-hospitalar. Os profissionais da saúde podem usar o NOTIVISA para registrar a queixa técnica de determinada instituição 
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Aspectos Regulamentadores
Atualmente, com a globalização presente em todos os setores da economia, torna-se importante padronizações a nível mundial. Duas organizações são muito ativas na área da Engenharia Biomédica:
a) Comissão Eletrotécnica Internacional (International Electro-technical Commission - IEC): lida com assuntos relacionados às padronizações elétricas e eletrônicas dos equipamentos. As padronizações mais usadas são a IEC 60601-1 (Segurança de Equipamentos Elétricos Médicos) e a IEC 60601-1-1 (Requisitos de Segurança para Sistemas Elétricos Médicos).
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Aspectos Regulamentadores
b) Organização Internacional de Padronização (International Organization for Standardization - ISO): se preocupa essencialmente com a padronização do equipamento, com o objetivo de facilitar o intercâmbio internacional de serviços e mercadorias, científico, tecnológico e econômico. Por exemplo, a ISO 9001:2000 trata de procedimentos, padrões e requisitos para o funcionamento de um sistema de gestão da qualidade; já a ISO 13485:2003 é uma norma internacional, que possibilita implementar um Sistema de Gestão da Qualidade para as indústrias de equipamentos médico-hospitalares, estabelecendo uma política de gerenciamento de riscos e qualidade.
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ENGENHARIA BIOMÉDICA
Resumindo...
Fisiologia dos sistemas cardiovascular, respiratório e nervoso
Sinais biomédicos: evento medido e coletado proveniente de um paciente  fontes bioelétricas, bioacústicas, magnéticas etc.
Todo equipamento biomédico deve possuir os itens: mensurando, transdutores/sensores, condicionadores de sinal, display
Importância da calibração e identificação do ruído
Sistemas Inteligentes de Instrumentação Médica
Aspectos regulamentadores: ANVISA, NOTIVISA, IEC, ISO
Tema da Apresentação