mediciones de flujo y volumen de sangre
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Juan Sebastián Osorio Valencia Investigador GIBEC Módulo Curso de Bioinstrumentación Pregrado Ingeniería Biomédica EIA-CES. Mediciones de Flujo y Volumen de Sangre. Contenido. Introducción. Método de dilución del indicador por: infusión continua e inyección rápida. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Mediciones de Flujo y Volumen de Sangre
Juan Sebastián Osorio ValenciaInvestigador GIBEC
Módulo Curso de BioinstrumentaciónPregrado Ingeniería Biomédica EIA-CES
Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre
Contenido
Introducción. Método de dilución del indicador por:
infusión continua e inyección rápida. Mediciones electromagnéticas de
flujo. Mediciones ultrasónicas de flujo. Sensores de velocidad por
convección térmica. Mediciones pletismográficas: cámara
y fotopletismografía.
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Introducción
Fig. 1. Corazón y simulación de la función valvular [1].
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Introducción
Medida ideal: Concentración de O2 y otros nutrientes en las células.
Medidas de segunda clase: flujo de sangre y cambios en el volumen sanguíneo.
Medidas de tercera clase: presión de sangre.
Medidas de cuarta clase: ECG.
Medición del gasto cardíaco.
Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre
Introducción Métodos
para determinar
el flujo sanguíneo
Invasivos: dilución de indicador
Infusión continua
Técnica de Fick
Termodilución
Inyección rápida
Dilución de colorante
Termodilución
No invasivos: exploración
doppler
Onda continua
Onda pulsante
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Método de dilución de indicador Los métodos de dilución del
indicador no miden el flujo pulsátil instantáneo sino el promedio de flujo en un número de pulsaciones del corazón.
Por infusión continua: Técnica de Fick
va CCdtdmF
/
F=flujo de sangre.Ca=concentración de O2 arterial.Cv=concentración de O2 venoso.dm/dt=consumo de O2.
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Método de dilución de indicador
Fig. 2. Técnica de Fick para medición del gasto cardiaco. Indicador es O2, consumo se mide por
medio de un espirómetro.
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Método de dilución de indicador Por inyección
rápida: Ha ido reemplazando
al método por infusión continua.
Una dosis del indicador es inyectada rápidamente en el torrente sanguíneo.
Se miden las variaciones en la concentración.
1
0
)(t
dttC
mF
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Método de dilución de indicador
Fig. 3. Curva obtenida por medio del método de inyección rápida. La dosis es suministrada en el
tiempo A y si no hubiera recirculación, la concentración sería cer0 en el instante E.
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Método de dilución de indicador Por inyección rápida:
Dilución de colorante▪ Verde de indocianina (ICG): inerte, no
peligroso, medible, económico e intravascular.▪ Pico de absorción en 805nm.▪ Inyectado en la arteria pulmonar.▪ Concentración medida en arteria
braquial o femoral.▪ Medición por colorimetría.
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Método de dilución de indicador
http://www.nymc.edu/fhp/centers/syncope/Green%20Dye.htm
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Método de dilución de indicador Termodilución:
Método más común. Inyección de solución
salina fría en la aurícula derecha.
Temperatura medida en la arteria pulmonar.
Fig. 4. Catéter de cuatro lumen usado en termodilución.
)/()(
31
0
smdttTc
QF t
bbb
Q=entalpía de la solución.pb=densidad de la sangre.cb=calor específico de la sangre.
Método de dilución de indicador
Mediciones de Flujo y Volumen en Sangrehttp://www.hugo-sachs.de/haemo/
car_ou.htm
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Mediciones Electromagnéticas Los flujómetros electromagnéticos
miden el flujo pulsátil instantáneo . Operan en cualquier líquido
conductivo: solución salina y sangre. Principio: Inducción
electromagnética. 1
0
L
dLBueB=densidad de flujo magnético.L=distancia entre electrodos.u=velocidad instantánea de la sangre.
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Mediciones Electromagnéticas
Flujómetro DC: Campo magnético dc. Presenta varios problemas.
Flujómetro AC: Con corriente magnética ac de aprox. 400Hz. Necesita de un electrodo fantasma o un circuito de supresión de cuadratura.
Fig. 5. Flujómetro EM. La sangre fluye con una velocidad u y pasa
por un campo magnético B, induciendo una FEM e, medida por
los electrodos.
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Mediciones Electromagnéticas
Fig. 6. A. Ondas obtenidas en el flujómetro. B. Circuito de supresión
de cuadratura.
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Mediciones Ultrasónicas
Efecto Doppler: Cambio de frecuencia de una onda producido por el movimiento de la fuente respecto a su observador.
Ondas de ultrasonido
chocan con la sangre en
movimiento
Cambia la frecuencia de la
onda
Velocidad de la sangre
relacionada con el cambio en la
frecuencia
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Mediciones Ultrasónicas
Fig. 7. Efecto Doppler. Objetos en movimiento cambian la frecuencia de la onda reflejada.
v: velocidad del objeto en la dirección del rayo de ultrasonido.
c: velocidad del sonido en el medio.
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Mediciones Ultrasónicas
Campo lejano y cercano para diferentes transductores de ultrasonido.
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Mediciones Ultrasónicas
Fig. 8. Diferentes configuraciones de transductores de ultrasonido F(2 a 10 MHz). (a) Sonda para medición por tiempo de tránsito. (b) Transcutánea doble. (c) Con lente
plástico. (d) Para operación pulsada. (e) Con vidrio de acrílico. (f) Al final de un catéter. (g) Para operación
pulsada en catéter.
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Mediciones Ultrasónicas
𝑡= 𝑑𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑑𝑒𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖 ó𝑛=
𝐷𝑐 ±�̂�𝑐𝑜𝑠 𝜃
t=Tiempo de tránsitoD=Distancia recorridac= Velocidad del sonidoū =Velocidad promedio del flujo sanguíneo
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Mediciones Ultrasónicas
Flujómetro por tiempo de tránsito (MFTT): Utiliza la tecnología
Doppler pero no dicho principio.
Ultrasonido viajando contra la corriente sanguínea toma más tiempo que el que viaja en el sentido de la corriente.
Fig. 9. Esquema de diseño del flujómetro por tiempo de tránsito.
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Mediciones Ultrasónicas
Fig. 10. Esquema de funcionamiento de un flujómetro de ultrasonido de onda continua
simple.
𝑓 𝑑=2 𝑓 𝑜𝑢𝑐𝑜𝑠 𝜃
𝑐
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Mediciones Ultrasónicas
Otros flujómetros por Doppler: Doppler
direccional. Doppler pulsado. Doppler láser. Fig. 11. Ecógrafos DC3 Mindray.
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Mediciones Ultrasónicas
Fig. 12. Flujómetro por Doppler de Laser (LDF).
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Mediciones Ultrasónicas
Fig. 13. Prueba de ultrasonido en arteria carótida
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Mediciones Ultrasónicas
Fig. 14. Imágenes de doppler a color mostrando flujo de sangre en arteria carótida. A. Carótida
sana. B. Carótida parcialmente bloqueada.
A B
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Sensores de velocidad por convección térmica Enfriamiento por convección del
sensor. Solo velocidad local. Sensibilidad alta a bajas velocidades. Método no lineal. Muy importante la localización de la
sonda.
Fig. 15. Diseño de las sondas.
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Sensores de velocidad por convección térmica
𝑊∆𝑇 =𝑎+𝑏𝑙𝑜𝑔𝑢
W=Potencia disipada por el termistora y b= constantes∆T = Sobrecalentamiento del termistor por encima de la temp de la sangreu= Velodcdad de la sangre
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Sensores de velocidad por convección térmica
Fig. 16. Circuito para sensor con temperatura constante. Usado en el acondicionamiento de la señal en sensores de velocidad por convección
térmica. Rt, menor coeficiente resistencia-temperatura.
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Pletismografía de cámara
Fig. 17. Pletismografía. Medidas de cambio de volumen en la sangre de las extremidades de una
forma no invasiva.
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Fotopletismografía
Cambios en el volumen del vaso modifican la absorción, reflexión y esparcimiento de la luz.
Simple e indica eventos como frecuencia cardiaca.
Pobre medida del volumen. Sensible a artefactos de movimiento. GaAs LED pico de emisión
espectral en 940nm.
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Fotopletismografía
Fig. 18. Fotopletismografía en el dedo y en la oreja.
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Fotopletismografía
Fig. 19. Fotopletismografía en (a) modo de transmisión y en (b) modo de reflexión.
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Fotopletismografía
Fig. 20. Circuito de fotopletismógrafo. La salida del diodo es alterada por la absorción del tejido, lo
cual modula el fototransistor.
R1 R2
C1R3
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Páginas y artículos de Interés Cardiac Output:
http://www.adinstruments.com/solutions/research/Cardiac-Output/
Photoplethysmography Blood Pressure Measurement: http://memslab.nus.edu.sg/me4284/AY%200405%20Report/Photoplethysmography%20Blood%20Pressure%20Measurement.pdf
Corbeta EJ, et al. Laser Doppler flowmetry is useful in the clinical management of small bowel transplantation. Gut 2000;47:580-583
Lu G, et al. A comparison of photoplethysmography and ECG recording to analyse heart rate variability in healthy subjects. Journal of Medical Engineering & Technology 2009; 33:8, 634-641
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Bibliografía[1] Adaptive heart simulation. Tomado de:
http://www.math.nyu.edu/~griffith/heart_anim/
[2] J. G. Webster (ed.), Medical Instrumentation: aplication and design. 3rd ed. New York: John Wiley & Sons, 1998.
[3] J.G. Webster (ed.), Bioinstrumentation. New York: John Wiley & Sons, 2004.
[4] Joseph D. Bronzino (ed.), The Biomedical Engineering Handbook. 2nd ed. Boca Ratón: CRC Press and IEEE Press, 2000.
[5] J.G. Webster (ed.) Measurement, Instrumentation and Sensor Handbook. Boca Ratón: CRC Press, 1999.