Mediciones de Flujo y Volumen de Sangre

1. Juan Sebastián Osorio Valencia Investigador GIBEC Módulo Curso de Bioinstrumentación Pregrado Ingeniería Biomédica EIA-CES Mediciones de Flujo y Volumen de Sangre

2. 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. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

3. Introducción Fig. 1. Corazón y simulación de la función valvular [1]. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

4. 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

5. Introducción Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

6. 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 F=flujo de sangre. Ca=concentración de O2 arterial. Cv=concentración de O2 venoso. dm/dt=consumo de O2. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

7. 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. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

8. 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. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

9. 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. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

10. 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. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

11. Método de dilución de indicador http://www.nymc.edu/fhp/centers/syncope/Green%20Dye.htm Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

12. 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. Q=entalpía de la solución. pb=densidad de la sangre. cb=calor específico de la sangre. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

13. Método de dilución de indicador http://www.hugo-sachs.de/haemo/car_ou.htm Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

14. Mediciones Electromagnéticas • Los flujómetros electromagnéticos miden el flujo pulsátil instantáneo . • Operan en cualquier líquido conductivo: solución salina y sangre. • Principio: Inducción electromagnética. B=densidad de flujo magnético. L=distancia entre electrodos. u=velocidad instantánea de la sangre. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

15. 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 de Flujo y Volumen en Sangre

16. Mediciones Electromagnéticas Fig. 6. A. Ondas obtenidas en el flujómetro. B. Circuito de supresión de cuadratura. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

17. 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 Velocidad de la sangre relacionada con el cambio en la frecuencia Cambia la frecuencia de la onda Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

18. 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. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

19. Mediciones Ultrasónicas Campo lejano y cercano para diferentes transductores de ultrasonido. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

20. 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. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

21. Mediciones Ultrasónicas t=Tiempo de tránsito D=Distancia recorrida c= Velocidad del sonido ū =Velocidad promedio del flujo sanguíneo Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

22. 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. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

23. Mediciones Ultrasónicas Fig. 10. Esquema de funcionamiento de un flujómetro de ultrasonido de onda continua simple. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

24. Mediciones Ultrasónicas • Otros flujómetros por Doppler: • Doppler direccional. • Doppler pulsado. • Doppler láser. Fig. 11. Ecógrafos DC3 Mindray. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

25. Mediciones Ultrasónicas Fig. 12. Flujómetro por Doppler de Laser (LDF). Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

26. Mediciones Ultrasónicas Fig. 13. Prueba de ultrasonido en arteria carótida Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

27. Mediciones Ultrasónicas B A Fig. 14. Imágenes de doppler a color mostrando flujo de sangre en arteria carótida. A. Carótida sana. B. Carótida parcialmente bloqueada. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

28. 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. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

29. Sensores de velocidad por convección térmica W=Potencia disipada por el termistor a y b= constantes ∆T = Sobrecalentamiento del termistor por encima de la temp de la sangre u= Velodcdad de la sangre Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

30. 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. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

31. Pletismografía de cámara Fig. 17. Pletismografía. Medidas de cambio de volumen en la sangre de las extremidades de una forma no invasiva. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

32. 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. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

33. Fotopletismografía Fig. 18. Fotopletismografía en el dedo y en la oreja. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

34. Fotopletismografía Fig. 19. Fotopletismografía en (a) modo de transmisión y en (b) modo de reflexión. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

35. Fotopletismografía R1 R2 C1 R3 Fig. 20. Circuito de fotopletismógrafo. La salida del diodo es alterada por la absorción del tejido, lo cual modula el fototransistor. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

36. 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 Dopplerflowmetryisuseful in theclinicalmanagement of smallboweltransplantation. Gut2000;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 Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre

37. Bibliografía [1] Adaptiveheartsimulation. Tomado de: http://www.math.nyu.edu/~griffith/heart_anim/ [2] J. G. Webster (ed.), MedicalInstrumentation: 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.), TheBiomedicalEngineeringHandbook. 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. Mediciones de Flujo y Volumen en Sangre