mediciones de flujo y volumen de sangre

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.


Introducción

Fig. 1. Corazón y simulación de la función valvular [1].


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.


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


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.


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.


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



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.


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.



http://www.nymc.edu/fhp/centers/syncope/Green%20Dye.htm


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.


Mediciones de Flujo y Volumen en Sangrehttp://www.hugo-sachs.de/haemo/

car_ou.htm


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.


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.


Mediciones Electromagnéticas

Fig. 6. A. Ondas obtenidas en el flujómetro. B. Circuito de supresión

de cuadratura.


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



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.



Campo lejano y cercano para diferentes transductores de ultrasonido.



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.



𝑡= 𝑑𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑑𝑒𝑐𝑜𝑛𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖 ó𝑛=

𝐷𝑐 ±�̂�𝑐𝑜𝑠 𝜃

t=Tiempo de tránsitoD=Distancia recorridac= Velocidad del sonidoū =Velocidad promedio del flujo sanguíneo



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.



Fig. 10. Esquema de funcionamiento de un flujómetro de ultrasonido de onda continua

simple.

𝑓 𝑑=2 𝑓 𝑜𝑢𝑐𝑜𝑠 𝜃

𝑐



Otros flujómetros por Doppler: Doppler

direccional. Doppler pulsado. Doppler láser. Fig. 11. Ecógrafos DC3 Mindray.



Fig. 12. Flujómetro por Doppler de Laser (LDF).



Fig. 13. Prueba de ultrasonido en arteria carótida



Fig. 14. Imágenes de doppler a color mostrando flujo de sangre en arteria carótida. A. Carótida

sana. B. Carótida parcialmente bloqueada.

A B


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.


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


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.


Pletismografía de cámara

Fig. 17. Pletismografía. Medidas de cambio de volumen en la sangre de las extremidades de una

forma no invasiva.


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.


Fotopletismografía

Fig. 18. Fotopletismografía en el dedo y en la oreja.


Fotopletismografía

Fig. 19. Fotopletismografía en (a) modo de transmisión y en (b) modo de reflexión.


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


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

http://www.adinstruments.com/solutions/research/Cardiac-Output/

http://memslab.nus.edu.sg/me4284/AY%200405%20Report/Photoplethysmography%20Blood%20Pressure%20Measurement.pdf

http://memslab.nus.edu.sg/me4284/AY%200405%20Report/Photoplethysmography%20Blood%20Pressure%20Measurement.pdf


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.

http://www.math.nyu.edu/~griffith/heart_anim/

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