Orientador: Prof. Dr. Pai Chi Nan / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Biomédica, 2014. / A alta demanda de transplantes de coração não é suprida pela quantidade de doadores
do órgão. Diferentes alternativas aos transplantes são pesquisadas, sendo uma delas a
utilização de bombas de sangue centrífugas (BSC) com mancal magnético (MM),
apresentando maior durabilidade do que demais bombas. Porém acredita-se que o fluxo
contínuo produzido por essas bombas possa causar danos no organismo em longo prazo,
havendo a necessidade da utilização de fluxo sanguíneo pulsátil. O objetivo do trabalho
foi produzir fluxo sanguíneo pulsátil sincronizado com o coração do paciente com uma
BSC com MM. Para a produção do fluxo pulsátil foi feita a alteração da velocidade de
rotação da BSC de acordo com os sinais eletrocardiográficos (ECG) do paciente. Foram
utilizadas três fontes de sinal de ECG para os testes: gerador de funções, simulador de
paciente e voluntário. O algoritmo implementado no Simulink® inferiu os instantes dos
batimentos cardíacos seguintes identificando regiões acima de um determinado limiar
(fixo e móvel) de amplitude máxima (picos QRS), que correspondem ao início dos
batimentos. Calculou-se a média (fixa e móvel) da taxa de batimentos e inferiu-se o
instante de tempo aproximado do pico QRS seguinte no sinal de ECG. A velocidade de
rotação da BSC foi aumentada nos instantes inferidos para os QRS e após algum tempo
foi reduzida. A resposta do motor foi avaliada no ar utilizando sinais degraus e
velocidades de rotação definidas pelo algoritmo como entrada. As velocidades reais do
motor foram obtidas utilizando a amostra do gerador e do voluntário. A possibilidade de
produção de fluxo pulsátil nas condições encontradas foi avaliada. O algoritmo permitiu
a identificação dos picos dos complexos QRS, o cálculo da taxa de batimentos e a
inferência dos batimentos seguintes. Os valores de erro absolutos e relativos entre os
instantes inferidos e reais foram baixos para os sinais das três fontes, tendo valores
máximos aproximados de 0,5s (120 a 60bpm) e 51% (60 a 90bpm) para as amostras do
gerador e do simulador, e de 0,157s e 15,94% para a amostra do voluntário. A elevação
da velocidade de rotação de referência para 1900rpm ocorreu nos instantes dos valores
inferidos e após 0,4s a velocidade foi reduzida para 1500rpm. Os momentos de elevação
da velocidade de rotação se apresentaram sincronizados com os instantes dos
batimentos. O tempo de resposta do motor foi de 0,04s. A estabilização das oscilações
da velocidade real ocorreu após 2s, com máximos e mínimos acima e abaixo dos valores
de referência, e médias das oscilações aproximadamente de 1700rpm, de acordo com a
frequência do ECG. Houve sincronização entre a velocidade de referência e a real. As
amplitudes de oscilação elevadas indicaram que os parâmetros do controlador do motor
deveriam ser modificados para sua utilização em uma aplicação na água, com
velocidade variável de entrada, e para seu ganho variável estar em intervalos de
estabilidade. Outro dispositivo é necessário para medir fluxo e pressão do sistema
produzindo fluxo pulsátil. / The high demand for heart transplants is not supplied by the number of donors.
Alternatives to transplants are being researched, being one of these the use of
centrifugal blood pumps (CBP) with magnetic bearing (MB), which have higher
durability than other types of pumps. Nevertheless it is believed that the continuous
flow generated by these pumps may cause long-term damage to the body, being
necessary the use of pulsatile blood flow. The objective of this work is to produce
pulsatile blood flow synchronized with the heart of the patient using a CBP with MB.
The synchronized pulsatile flow was done by changing the rotational speed of the
pump, according to the electrocardiographic (EKG) signals of the patient. Three
different sources of EKG signal were used: a function generator, a patient simulator and
a volunteer. The algorithm, implemented on Simulink®, inferred the moments of the
following heart beats by finding points, above a certain threshold (fixed and moving), of
maximum amplitude (QRS complexes) on the EKG signal. The mean of the heart beat
rate (fixed or moving) was calculated and the instant of the next QRS peaks were
inferred. The rotational speed of the CBP was increased on the moments of the QRS
inferred and decreased after some time. The motor response was evaluated on air, using
step signals and rotational speeds defined by the algorithm as inputs. The motor
rotational speeds were obtained with the generators¿ and the volunteer¿s samples. The
possibility of generation of pulsatile flow was evaluated. The algorithm identified the
QRS complexes peaks, calculated the mean heart rate and inferred the following heart
beats. The absolute and relative errors between the inferred and the real instants of the
QRS peaks were low for the signals of the three sources, with maximum approximate
values of 0,5s (120 to 60bpm) and 51% (60 to 90bpm) for the function generator and the
simulator samples, and of 0,157s and 15,94% for the volunteer sample. The increase of
the reference rotational speed to 1900rpm was done on the instants of the inferred
values of QRS complexes, with reduction to 1500rpm after 0,4s. The moments in which
the rotational speed is on its maximum values are about the same as the QRS complexes
of the signal. The motor response was of 0,04s. The stabilization of the oscillating speed
occurred after 2s, with maximum and minimum values above and below the reference
ones, and mean values around 1700rpm, according to the heart beating rate.
Synchronization between the reference and real rotational speeds was observed. The
high amplitudes of the oscillations pointed out that the motor driver parameters should
be changed to be used with variable rotational speed input and for the variable gain to
remain between the driver stability values. Another device is required to measure flow
and pressure of the system producing pulsatile flow.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:BDTD:77501 |
| Date | January 2014 |
| Creators | Kohutek, Carolina |
| Contributors | Nan, Pai Chi, Lima, Raul Gonzalez, Sousa, Thaís Helena Samed e |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf, 86 f. : il. |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFABC, instname:Universidade Federal do ABC, instacron:UFABC |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=77501&midiaext=70961, http://biblioteca.ufabc.edu.br/index.php?codigo_sophia=77501&midiaext=70962, Cover: http://biblioteca.ufabc.edu.brphp/capa.php?obra=77501 |
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