carlos alexandre ferri neuroestimulador microcontrolado para utilização em procedimentos

138 Pages·2009·4.74 MB·Portuguese

CARLOS ALEXANDRE FERRI

NEUROESTIMULADOR MICROCONTROLADO PARA
UTILIZAÇÃO EM PROCEDIMENTOS ANESTÉSICOS

LONDRINA
2009
CARLOS ALEXANDRE FERRI

NEUROESTIMULADOR MICROCONTROLADO PARA
UTILIZAÇÃO EM PROCEDIMENTOS ANESTÉSICOS

Trabalho de Conclusão de Curso
apresentado ao Departamento de
Engenharia Elétrica da Universidade
Estadual de Londrina.

Orientador: Prof. Dr. Ernesto F. Ferreyra
Ramírez

Londrina
2009
CARLOS ALEXANDRE FERRI

NEUROESTIMULADOR MICROCONTROLADO PARA
UTILIZAÇÃO EM PROCEDIMENTOS ANESTÉSICOS

Trabalho de Conclusão de Curso
apresentado ao Departamento de
Engenharia Elétrica da Universidade
Estadual de Londrina.

COMISSÃO EXAMINADORA

____________________________________
Prof. Dr. Ernesto F. Ferreyra Ramírez
Universidade Estadual de Londrina

____________________________________
Prof. Dr. Walter Germanovix
Universidade Estadual de Londrina

____________________________________
Prof. Dr. Ruberlei Gaino
Universidade Estadual de Londrina

Londrina, 02 de dezembro de 2009.
DEDICATÓRIAS
- A Minha Família, que nos momentos de minha ausência dedicados
ao estudo, sempre fizeram entender que o futuro, é feito apartir da
constante dedicação no presente !!!

- A minha namorada Gisele Silva de Aquino que tanto me apoiou,
incentivou e acreditou no trabalho realizado!!!

- Por final, à aquele, que me permitiu tudo isso, ao longo de toda a
minha vida, e, não sómente nestes anos como universitário, à você meu
DEUS, obrigado, reconheço cada vez mais em todos os meus momentos,
que você é o maior mestre, que uma pessoa pode conhecer e reconhecer!!!
AGRADECIMENTOS

Agradeço ao meu orientador, prof. Dr. Ernesto Fernando Ferreyra
Ramírez, não só pela possibilidade de realização deste trabalho, mas especialmente
pela sua amizade repleta de grandes conselhos e por seu exemplo de dignidade.
Ao professor Dr. Walter Germanovix por todo o apoio e dedicação
prestada e, o mais importante, me instigar cada vez mais na busca ao
conhecimento.
Ao professor Dr. Ruberlei Gaino por dividir parte do seu
conhecimento sobre neuroestimulação comigo.
A professora Msc. Maria Bernadete de Morais França pelo apoio na
realização deste trabalho e pelo incentivo e ajuda no plano de pós-graduação.
Ao professor Dr. Carlos Henrique Gonçalves Treviso pela paciência
e esclarecimentos nas mais diversas duvidas.
Ao professor Dr. Marcelo Carvalho Tosin pelo auxílio na confecção
da parte digital deste trabalho.
Aos meus amigos e amigas, minha segunda família, que
fortaleceram os laços da igualdade, num ambiente fraterno e respeitoso!
“O homem erudito é um
descobridor de fatos que já existem -
mas o homem sábio é um criador de
valores que não existem e que ele faz
existir.”

Albert Einstein
FERRI, Carlos Alexandre. Neuroestimulador microcontrolado utilizado em
procedimentos Anestésicos. 2009. 137pg. Trabalho de Conclusão de Curso
(Graduação em Engenharia Elétrica) – Universidade Estadual de Londrina,
Londrina, 2009.

RESUMO

Nas últimas duas décadas, o uso de estimuladores elétricos de
nervos periféricos, também conhecidos como neuroestimuladores, tem sido
disseminado entre os médicos anestesiologistas. Esses equipamentos são
considerados muito úteis nos procedimentos de anestesia regional e geral,
pois, respectivamente, ajudam a encontrar o melhor local para colocar a agulha
no paciente, reduzindo o risco de lesões nos nervos e melhorando a qualidade
dos bloqueios periféricos e permitem monitorar o estado de relaxamento
neuromuscular decorrente do uso de anestésicos, o qual permite ao
anestesiologista melhor avaliar a intensidade do bloqueio neuromuscular. Para
desenvolver este sistema, de forma a mantê-lo portátil, utilizou-se do
microcontrolador da freescale HCS08AC32, o qual controla todos os
parâmetros necessários a neuroestimulação, ou seja, largura do pulso,
frequência e intensidade do estímulo, bem como aos padrões de estimulação
(Simples, Tetânico, Pós-tetânico, DBS e TOF). Os avisos e informações ao
usuário são feitos via LCD, Buzzer e LED possibilitando duplicidade de avisos.
Para geração do sinal nos eletrodos foi empregado um circuito espelho de
corrente permitindo, desta forma, controle da carga (Q) lançado ao paciente.
Como alimentação ao espelho de corrente, um flyback (alimentado com 18V)
com saída de 70V foi anexado ao sistema. Ao comparar os dados obtidos pelo
neuroestimulador desenvolvido com outro presente no mercado verificou-se
boa similaridade. Isto nos permite concluir que o equipamento desenvolvido
está dentro do esperado bastando realizar algumas melhorias na parte de
potência a fim de diminuir as distorções no formato de onda.

Palavras-chave: Neuroestimulação. Microcontrolador. Anestesia. Espelho de
corrente.

i
FERRI, Carlos Alexandre. Microcontrolled Neuroestimulador used in
procedures Anaesthetics. 2009. 137 pg. Trabalho de Conclusão de Curso
(Graduação em Engenharia Elétrica) – Universidade Estadual de Londrina,
Londrina, 2009.

In last the two decades, the use of electric stimulators of
peripheral nerves, also known as neurostimulators, has been spread between
the anesthesiologists doctors. These equipment is considered very useful in the
regional and general anesthesia procedures, therefore, respectively, they help
to find optimum place to place the needle in the patient, reducing the risk of
injuries in the nerves and improving the quality of the peripheral blockades and
allow to monitor the relaxation state to neuromuscular decurrent of the use of
anaesthetics, which allows the anesthesiologist best to evaluate the intensity of
the blockade to neuromuscular. To develop this system, of form to keep it
portable, it was used of the microcontroller of freescale HCS08AC32, which
controls all the necessary parameters the neurostimulation, either width of the
pulse, frequency and intensity of I stimulate it, as well as the standards of
stimulation (Single Twitch, Tetanic, Post-tetanic, DBS and TOF). The warning
and information to the user are made way LCD, Buzzer and LED having made
possible duplicity of acknowledgments. For generation of the signal in the
electrodes a circuit was used chain mirror allowing, in such a way, control of the
load (q) launched the patient. As feeding to the current mirror, a flyback (fed
with 18V) with output of 70V was annexed to the system. By comparing the data
obtained by the neurostimulator developed with another present in the market
there was good similarity. This allows us to conclude that the equipment
developed is as expected simply make some at the power in order to reduce
distortions in the waveform.

Key words: Neurostimulation. Microcontroller. Anesthesia. Current mirror.

ii
LISTA DE ILUSTRAÇÕES

FIGURA 1.1: OS NERVOS PERIFÉRICOS (FONTE: [5]). ............................................... 4
FIGURA 1.2: O NERVO PERIFÉRICO MISTOS (FONTE: [6]). ......................................... 5
FIGURA 1.3: O NEURÔNIO MODIFICADO DE (FONTE: [8]). ......................................... 6
FIGURA 1.4: ZONA SINÁPTICA. (MOD. DE: [9]). ........................................................ 8
FIGURA 1.5: POTENCIAIS DE AÇÃO DE TRÊS TIPOS DE CÉLULAS DE VERTEBRADOS
(FONTE: [10]). ............................................................................................. 10
FIGURA 1.6: POTENCIAL DE AÇÃO DE UM NERVO ILUSTRANDO OS PERÍODOS
REFRATÁRIOS ABSOLUTOS E RELATIVOS ASSOCIADOS (FONTE: [10]). ............... 10
FIGURA 1.7: TRANSMISSÃO NEUROMUSCULAR ...................................................... 11
FIGURA 2.1: A RESPOSTA (A) SUBLIMIAR E (B) SUPRALIMIAR DE UMA FIBRA NERVOSA
PARA UM ESTÍMULO EXTRACELULAR. (FONTE: [15]). ........................................ 14
FIGURA 2.2: CIRCUITO EQUIVALENTE DA PELE (FONTE: (8)). .................................. 16
FIGURA 2.3: INFLUÊNCIA DA FREQUÊNCIA (FONTE: [17]) ........................................ 17
FIGURA 2.4: PROPRIEDADES DE ESTIMULAÇÃO DAS FIBRAS NERVOSAS. (A)
INTENSIDADE-DURAÇÃO (B) CARGA-DURAÇÃO. (C) CORRENTE – DISTÂNCIA (D)
CORRENTE– DIÂMETRO (FONTE: [15]). ......................................................... 19
FIGURA 2.5: ESTRUTURA DE UMA FIBRA NERVOSA MIELINIZADA (FONTE: [15]) ......... 21
FIGURA 2.6: ESTIMULAÇÃO DE FIBRAS NERVOSAS COM PULSOS MONOFÁSICAS E
BIFÁSICAS (FONTE:[15]). .............................................................................. 22
FIGURA 2.7: ELETRODOS DE SUPERFÍCIE [20]. ...................................................... 24
FIGURA 2.8: ELETRODOS INTERNOS [20]. ............................................................. 25
FIGURA 3.1: FORMATO DO ESTÍMULO SIMPLES PARA A FREQUÊNCIA DE 1 E 0,1 HZ. . 26
iii
FIGURA 3.2: FORMATO DO ESTÍMULO TETÂNICO PARA A FREQUÊNCIA DE 50 HZ. ...... 27
FIGURA 3.3: FORMATO DO ESTÍMULO TOF ........................................................... 28
FIGURA 3.4: FORMATO DA ESTIMULAÇÃO COM DUPLA SALVA DBS .......................... 29
FIGURA 5.1: TENSÃO-CONSTANTE E CORRENTE-CONSTANTE (MOD. DE: [18]). ......... 33
FIGURA 5.2: DIAGRAMA DE BLOCO DO MICROCONTROLADOR HCS08AC (FONTE: [24]).
.................................................................................................................. 35
FIGURA 5.3: ESPELHO DE CORRENTE BÁSICO (A) E CARACTERÍSTICAS DE SAÍDA DA
FONTE DE CORRENTE (B) ( MOD. DE: [25]). .................................................... 37
FIGURA 5.4: ESPELHO DE WILSON (MOD. DE: [26]). .............................................. 38
FIGURA 5.5: TOPOLOGIAS BÁSICAS DE CONVERSOR CC. ........................................ 39
FIGURA 5.6: ETAPAS DE FUNCIONAMENTO DO CONVERSOR FLYBACK EM MODO
CONTÍNUO (FONTE: [27]). ............................................................................. 40
FIGURA 6.1: DIAGRAMA DE BLOCOS DO ESTIMULADOR DE NERVOS. ......................... 41
FIGURA 6.2: MC9S08AC32CPUE 64-PIN LQFP (FONTE: [24]). .......................... 42
FIGURA 6.3: PROGRAMADOR E DEBUGADOR WTBDMS08 PARA
MICROCONTROLADORES S08 DA FREESCALE ................................................. 43
FIGURA 6.4: OPERAÇÃO MONOPOLAR DO CONVERSOR D/A DAC0808 (FONTE:[29]).
.................................................................................................................. 44
FIGURA 6.5: AMPLIFICADOR DIFERENCIAL UTILIZADO COMO GERADOR DE SINAL
BIFÁSICO. ................................................................................................... 45
FIGURA 6.6: TECLADO MATRICIAL 4X3. ................................................................ 46
FIGURA 6.7: DISPLAY LCD PARA MONITORAR E AUXILIAR NA CONFIGURAÇÃO DOS
PADRÕES DE ESTIMULAÇÃO. ......................................................................... 48
iv