TCC - Oximetro de Pulso com sistema de monitoramento, Teses (TCC) de Saúde Pública

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BREITNER BETTINAZZI STEIN

LUIZ FERNANDO DA SILVA CANTO

VITOR CESAR PEREIRA

OXÍMETRO DE PULSO COM INTEGRAÇÃO AO SISTEMA DE MONITORAMENTO

OSASCO

BREITNER BETTINAZZI STEIN

LUIZ FERNANDO DA SILVA CANTO

VITOR CESAR PEREIRA

OXÍMETRO DE PULSO COM INTEGRAÇÃO AO SISTEMA DE MONITORAMENTO

Trabalho apresentado como exigência parcial para obtenção do certificado de conclusão de curso de Graduação em Engenharia de Computação do Centro Universitário FIEO. Orientador: Sandro Aparecido Ferraz OSASCO 2012

DECLARAÇÃO DE ÉTICA E RESPEITO AOS DIREITOS AUTORAIS

Declaro para os devidos fins, que a pesquisa foi elaborada por mim, e/ ou pelos integrantes do meu grupo e que não há, nesta monografia, cópias de publicações de trechos de títulos de outros autores sem a respectiva citação, nos moldes da NBR 10.520 de ago/2002. Breitner Bettinazzi Stein Data Luiz Fernando da Silva Canto Data Vitor Cesar Pereira Data

DEDICATÓRIA

“Dedico este trabalho à minha família, por me ajudar e apoiar ao longo da minha vida. À minha noiva Karina, pela paciência, apoio e incentivo durante todos esses anos que passou ao meu lado, ajudando a encarar as dificuldades. Aos meus professores, pela sabedoria e conhecimento prestado ao longo de minha jornada acadêmica. E aos meus amigos, Luiz e Vitor, pelo esforço realizado neste trabalho, bem como, principalmente, pelos cinco anos de convivência que auxiliaram a formação de Engenheiro de Computação.” Breitner Bettinazzi Stein “Dedico esse trabalho aos amigos, pelo grande esforço, apoio e consideração durante todas as etapas do projeto. À minha família, por suportar, animar e incentivar durantes as fases mais críticas. Aos professores, por toda orientação e incentivo. E, sobretudo, a Deus, por ter me capacitado a desempenhar aquilo que fui empenhado a fazer.” Luiz Fernando da Silva Canto A Deus, “que me deu forças para suportar as dificuldades encontradas durante o curso e não me deixou desamparado, nem por um instante sequer”. À minha família, “que me apoiou e incentivou seguir adiante, e me ensinou o verdadeiro significado das palavras amor e dedicação”. Aos meus amigos Breitner e Luiz Fernando, “que suportaram minhas variações de humor em épocas de provas, compartilharam momentos de aflições e de grandes realizações e, acima de tudo, foram grandes parceiros de equipe”. E por fim, aos professores, “que deram as diretrizes e orientações necessárias para construirmos nossa bagagem de conhecimento acadêmico, tornando possível a realização deste trabalho”. Vitor Cesar Pereira

EPÍGRAFE

O que fazemos para nós mesmos morre conosco. O que fazemos pelos outros e pelo mundo permanece e é imortal. Albert Pine Ou “É muito melhor lançar-se em busca de conquistas grandiosas mesmo expondo-se ao fracasso, do que alinhar-se com os pobres de espírito, que nem gozam muito nem sofrem muito, porque vivem numa penumbra cinzenta, onde não conhecem nem vitória, nem derrota." Theodore Roosevelt

RESUMO

A solução proposta no presente trabalho foi desenvolver um equipamento de bioengenharia, utilizando componentes de baixo custo. O dispositivo desenvolvido é um oxímetro de pulso, responsável por mensurar o nível de oxigênio saturado na corrente sanguínea (SPO 2 ), além de permitir o cálculo de batimentos cardíacos do paciente. Ele utiliza um sensor que é acoplado, por um método não invasivo, ao dedo indicador do paciente. O processamento dos dados coletados pelo sensor é realizado por um microcontrolador (dsPIC30F3013) e os dados são apresentados através de um display alfanumérico. Além disso, foi elaborada uma proposta de gerenciamento e monitoramento dessas informações através de um software , desenvolvido em linguagem Java e, portanto, multiplataforma, que trata os dados provenientes do oxímetro e os exibe na tela do computador para que o médico possa diagnosticar o paciente. Espera-se um bom aproveitamento do sistema, com medidas fiéis aos equipamentos encontrados no mercado e com um custo efetivamente menor. Palavras-chave: bioengenharia, oxímetro de pulso, SPO 2 , batimentos cardíacos, microcontrolador.

LISTA DE ILUSTRAÇÕES

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

BPM (^) Batimentos por Minuto CA (^) Componente Alternada CD (^) Componente Constante CI Circuito Integrado CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor CPF Cadastro Pessoa Física DPOC Doença Pulmonar Obstrutiva Crônica DAO (^) Data Access Object DC Direct Current DOC Document DSC Digital Signal Controllers DSP Digital Signal Processor EAP Estrutura Analítica do Projeto EDA Electronic Design Automation GND Ground Hb Hemoglobina Desoxigenada HbO 2 Hemoglobina Oxigenada IDE (^) Integrated Development Environment IR (^) Infrared LCD Liquid Crystal Display LED Light Emitting Diode MCU Microcontroller Unit MDF Medium-density fiberboard NYHA New York Heart Association PaO 2 Partial Pressure of Oxygen PCB Printed Circuit Board PDF (^) Portable Document Format

LISTA DE SÍMBOLOS

A Ampère F Farad g Gramas mm Milímetros ml Mililitros[ MHz Mega Hertz μ Micro n Nano Ω Ohm p Pico V Volts

SUMÁRIO

• Figura 1: OLV- 5100 – O primeiro oxímetro de pulso comercial
• Figura 2: Disposição dos LEDs e do Fotodetector
• documentação oficial, ela já estará devidamente traduzida. Figura 3: A imagem acima está sendo vetorizada para ser passada para o português. Na
• Figura 4: Hemoglobinas oxigenadas e desoxigenadas
• Figura 5: Espectro de absorção da hemoglobina oxigenada e desoxigenada
• Figura 6: Diagrama de bloco do sistema
• Figura 7: Descrição dos pinos do microcontrolador dsPIC30F3013
• Figura 8: Transistor NPN
• Figura 9: Transistor PNP
• Figura 10: Estrutura de conexão da Ponte H
• Figura 11: Descrição dos pinos do circuito integrado MCP4922
• Figura 12: Descrição dos pinos do circuito integrado MCP609
• Figura 13: Descrição dos pinos do TSL235R
• Figura 14: Diagrama de blocos do dispositivo TSL235R
• Figura 15: Layout da placa do painel
• Figura 16: Layout da placa da Probe
• Figura 17: Layout da placa principal
• Figura 18: Placa principal (vista superior)
• Figura 19: Painel dianteiro do oximetro
• Figura 20: Painel traseiro do oxímetro
• Figura 21: Curva de calibração de SPO
• Figura 22: Diagrama lógico do programa do microcontrolador
• Figura 23: Ciclo de Desenvolvimento de Software
• Figura 24: Diagrama de componentes do software
• Figura 25: Menu Principal do Sistema
• Figura 26: Cadastrar novo usuário............................................................................................
• Figura 27: Diagrama de cadastramento de novo usuário
• Figura 28: Tela Seleção de Acesso
• Figura 29: Tela de Login Auxiliar
• Figura 30: Tela de seleção de opção
• Figura 31: Formulário para cadastrar paciente
• Figura 32: Tela de busca pelo paciente
• Figura 33: Tela de conexão com oxímetro de pulso
• Figura 34: Diagrama de cadastro do paciente ou cadastro do exame
• Figura 35: Tela de login do médico
• Figura 36: Tela de seleção de opção
• Figura 37: Tela de busca do paciente
• Figura 38: Tela de visualização do exame................................................................................
• Figura 39: Tela de visualização do relatório
• Figura 40: Diagrama de visualização, impressão ou inclusão de observações
• Figura 41: Diagrama de caso de uso do sistema
• Figura 42: Diagrama de sequência da funcionalidade cadastro de pacientes
• Tabela 1: Relação dos pinos do dsPIC com suas respectivas conexões LISTA DE TABELAS
• Tabela 2: Características de acionamento de transistores
• Tabela 3: Componentes ativo do sistema
• Tabela 4: Componentes passivo do sistema
• Tabela 5: Pinos físicos e lógicos do microcontrolador e suas associações
• Tabela 6: Funcionamento lógico do Timer 1 (T1)
• Tabela 7: Funcionamento lógico da interrupção IC1
• Tabela 8: Comparativo entre as principais linguagens orientadas a objeto
• Equação 1: Cálculo teórico da saturação de oxigênio LISTA DE EQUAÇÕES
• Equação 2: Lei de Lambert - Beer
• Equação 3: Diferença entre as componentes de cada fonte de luz
• Equação 4: Taxa da saturação de oxigênio no sangue..............................................................
• Equação 5: Cálculo dos batimentos por minuto
• Equação 6: Cálculo do filtro passa baixa..................................................................................
• Equação 7: Cálculo do filtro passa alta
• 1. INTRODUÇÃO
• 2. OBJETIVO DO PROJETO...........................................................................................................
• 3. REVISÃO LITERÁRIA
• 3.1 O Oxigênio Presente no Corpo
• 3.2 O Transporte de Oxigênio pelo Corpo
• 3.3 A Saturação de Oxigênio no Sangue
• 3.4 Efeito Fotoelétrico e Lei de Lambert-Beer
• 3.5 Princípio de Funcionamento do Oxímetro de Pulso
• 3.6 O Propósito do Oxímetro de Pulso
• 3.7 Lugares Onde os Oxímetros de Pulso São Utilizados
• 3.8 Índices Permissíveis de SpO
• 4. Módulo de Oximetria............................................................................................................
• 4.1 Hardware
• 4.1.1 Core
• 4.1.1.1 Componentes
• 4.1.1.2 Funcionamento
• 4.1.2 Subsistema de Controle de Acionamento dos LEDs
• 4.1.2.1 Componentes
• 4.1.2.2 Funcionamento
• 4.1.2.2.1 Configuração dos Transistores
• 4.1.2.2.2 Ponte H
• 4.1.3 Subsistema de Controle de Intensidade dos LEDs
• 4.1.3.1 Componentes
• 4.1.3.1.1 MCP4922
• 4.1.3.1.2 MCP609
• 4.1.3.2 Funcionamento
• 4.1.4 Probe
• 4.1.4.1 Componentes
• 4.1.4.2 Funcionamento
• 4.1.4.3 Estrutura Externa
• 4.1.5 Interface
• 4.1.5.1 Comunicação Oxímetro x Probe.......................................................................
• 4.1.5.2 Comunicação Microcontrolador x Computador
• 4.1.5.3 Display
• 4.1.5.4 Alimentação
• 4.1.6 Circuito Elétrico
• 4.1.6.1 Componentes
• 4.1.6.2 Circuito Impresso
• 4.1.7 Estrutura Externa
• 4.2 Software
• 4.2.1 Configuração Lógica do Microcontrolador
• 4.2.1.1 Portas
• 4.2.1.2 Temporização e Interrupção
• 4.2.1.2.1 Timer
• 4.2.1.2.2 Timer
• 4.2.1.2.3 Input Capture
• 4.2.1.3 Comunicação Serial
• 4.2.2 Cálculos e ajustes do sistema...................................................................................
• 4.2.2.1 Saturação do Sangue e Frequência Cardíaca
• 4.2.2.2 Filtros Digitais
• 4.2.2.2.1 Cálculo do filtro passa baixa
• 4.2.2.2.2 Cálculo do filtro passa alta
• 4.2.3 Fluxo lógico do programa........................................................................................
• 4.2.3.1 Inicialização do sistema
• 4.2.3.2 Processamento do sistema
• 4.2.3.3 Exibição das informações processadas do sistema
• 4.3 Ferramentas utilizadas no módulo de oximetria
• 5. Módulo de Monitoramento
• 5.1 Levantamento de Requisitos...........................................................................................
• 5.2 Análise de Requisitos
• 5.3 Projeto.............................................................................................................................
• 5.3.1 Desenho Físico do Sistema
• 5.3.1.1 Diagrama de Componentes do Sistema
• 5.3.1.2 Diagrama de caso de uso do sistema
• 5.3.1.2.1 Caso de uso “cadastrar novo usuário”
• 5.3.1.2.2 Caso de uso “acesso do auxiliar”...............................................................
• 5.3.1.2.3 Caso de uso “acesso do médico”
• 5.3.1.2.4 Diagrama de caso de uso do sistema
• 5.3.1.3 Diagrama de classe
• 5.3.1.4 Diagrama de sequência
• 5.4 Implementação................................................................................................................
• 5.4.1 Linguagem de programação java
• 5.4.2 Banco de dados MySQL
• 5.4.3 Funcionamento do software
• 5.5 Teste................................................................................................................................
• 5.5.1 Interface Gráfica
• 5.5.2 Comunicação Serial
• 5.6 Implantação
• 6. Resultados.............................................................................................................................
• 6.1 Módulo de oximetria
• 6.2 Módulo de monitoramento
• 7. Conclusões
• REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
• ANEXOS
• APÊNDICES