Como escolher sensores para aplicações médicas

Com a taxa envelhecimento populacional subindo constantemente, os sistemas de automonitoramento de pacientes estão se tornando cada vez mais comuns. Os sensores são populares devido à sua consistência e repetibilidade, além do seu baixo custo. Os instrumentos de monitoramento com sensores nessa categoria também são versáteis, já que podem ser usados tanto em hospitais quanto em casa. A seleção de um sensor pode ser simples, se a aplicação e os parâmetros que precisam ser monitorados são claramente compreendidos. Os implantáveis são sensores mais complexos, assim como aqueles usados em cateteres (através de incisão) e os usados em cavidades corporais, que são externos mas entram em contato com fluidos corporais; há também os sensores para aplicações externas.

Além de exigir pouca energia para funcionar, os sensores implantáveis precisam ser pequenos, leves e compatíveis com a massa corporal. O mais importante: eles não devem se deteriorar com o tempo. Sendo dispositivos médicos Classe III, eles automaticamente exigem aprovação do FDA. Normalmente são necessários de dois a quatro anos de desenvolvimento e implementação antes de os sensores implantáveis seguirem para a produção. Geralmente, eles são mais caros e exigem a implantação cirúrgica feita por um especialista. Um dos principais desafios para os sensores implantáveis é a sua demanda por alimentação elétrica. Sensores que podem funcionar sem energia elétrica são ideais, mas estes são bem raros no mercado. Os sensores de polímero piezoelétricos são adequados para a detecção de vibração, pois são pequenos, confiáveis, duráveis e não precisam de alimentação. Esses sensores podem ser usados em marca-passos que monitoram as atividades do paciente.

Esse sensor piezo tem a forma de um pequeno feixe de cantiléver com um peso fixado em uma extremidade que oscila com o movimento do corpo. Toda vez que o paciente se move, o sensor gera um sinal. Um exemplo disso é um marca-passo que recebe um sinal gerado e faz o coração bater no ritmo adequado. O sensor é capaz de distinguir várias atividades, por exemplo, uma caminhada, corrida ou outras que envolvam esforço físico. Por exemplo, se o paciente estiver em repouso, o sinal será zero e o marca-passo fará o coração bater a uma taxa mínima. Sendo assim, o sinal do sensor é proporcional ao nível de atividade. Um sensor de vibração de película piezo em miniatura tem 15/100 de polegada de comprimento, já incluindo o marca-passo que o abriga. Sensores implantados também podem ser alimentados por fontes externas. Por exemplo, uma ponteira de Radiofrequência (RF) pode ser posicionada próximo de um sensor implantado no corpo para alimentá-lo. O sensor registrará as medições do paciente, transmitirá os dados de volta para a ponteira através da ligação de RF e retornará à hibernação. Outro exemplo de uso de um sensor implantado dessa maneira é o de um procedimento pós-aneurisma da aorta abdominal, onde um sensor implantado pode monitorar possíveis fugas de pressão no local da cirurgia.

Os requisitos para sensores que podem ser inseridos através de uma incisão — geralmente na ponta de um cateter — são menos cruciais do que os dos implantáveis, mas ainda precisarão da aprovação do FDA. Dependendo do procedimento cirúrgico, esses sensores precisam funcionar por um período de alguns minutos a algumas horas e podem ser alimentados através de fontes externas. Um par de termistores combinados na ponta de um cateter pode ser guiado para diferentes locais do coração para medir o fluxo sanguíneo. Ou eles podem ser aquecidos através da bobina ou lavados com fluido frio para medir as taxas de fluxo sanguíneo. Quando lavados com fluido frio, o primeiro sensor fica mais frio que o segundo porque o fluxo sanguíneo aquece o fluido que atinge o segundo sensor. Como a distância que separa esses dois sensores de temperatura é conhecida e a temperatura e o volume de fluido são controlados, o fluxo sanguíneo pode ser calculado através da leitura da diferença dos valores de resistência dos dois sensores. Esses termistores não exigem energia externa.

Há vários sensores descartáveis onde o sensor, embora fique fora do corpo, entrará um contato com fluidos corporais.  O sensor de pressão arterial descartável (DPS) é um exemplo dessa categoria. Esses sensores são utilizados em procedimentos cirúrgicos e unidades de terapia intensiva (UTIs) para monitorar continuamente a pressão arterial do paciente. Essa é uma maneira confiável de medir a pressão arterial durante a permanência na cirurgia ou na UTI. O perfil informativo do paciente é então registrado conectando o sensor de pressão arterial descartável a um monitor. Esses sensores devem ser substituídos a cada 24 horas para evitar contaminação. Outro sensor que entra em contato com medicamentos e fluidos corporais é o usado na inflação de balões de angioplastia. Um sensor de pressão na ponta da bomba entrará em contato com a solução salina usada como mídia para inflar e esvaziar o balão. Nessa aplicação, o sensor de pressão monitora a pressão aplicada que infla/esvazia o balão e precisa suportar mais de 200 psi. Se muita pressão for aplicada, o balão pode estourar e causar complicações graves no paciente.