Transdutor de pressão que mede as ondas de pulso da pressão arterial, ajudando na prevenção e no diagnóstico de doenças do coração, é apenas um dos projetos desenvolvidos

Pesquisadores do Programa de Pós-graduação em Metrologia (PósMQI/PUC-Rio) e do Departamento de Engenharia Elétrica (DEE/PUC-Rio), pertencentes ao Centro Técnico Científico da PUC-Rio (CTC/PUC-Rio), estão trabalhando em uma linha de pesquisa inédita, focada no desenvolvimento de equipamentos biomédicos capazes de medir campos magnéticos ultra-fracos, por meio de sensores de alta sensibilidade e baixo custo, baseados no efeito GMI (magnetoimpedância gigante). Um dos desenvolvimentos mais recentes trata-se de um transdutor de pressão ultrassensível, capaz de medir e possibilitar a identificação das alterações morfológicas da onda de pulso arterial. Ele foi desenvolvido pela aluna Lizeth Stefania Benavides Cabrera, do programa de mestrado em Engenharia Elétrica, orientada pelo Prof. Eduardo Costa da Silva (DEE/PUC-Rio) e co-orientada pela Professora Elisabeth Costa Monteiro (PósMQI/PUC-Rio).

O pioneirismo desse tipo de aparelho está ligado ao emprego de sensores GMI na cadeia de transdução da pressão de pulso arterial em uma tensão elétrica de saída, proporcional à pressão exercida sobre a membrana do transdutor. A tecnologia possibilitará a medição e avaliação da configuração do registro das ondas de pulso arterial em pacientes. Os resultados obtidos indicaram que o equipamento desenvolvido atingiu níveis de sensibilidade superiores a alguns dos melhores sensores comercialmente disponíveis.

“O dispositivo desenvolvido, utilizando sensores baseados no efeito GMI, torna disponível um procedimento diagnóstico não-invasivo e de baixo-custo, capaz de avaliar as propriedades mecânicas da parede arterial. As informações obtidas permitem a intervenção terapêutica precoce e, consequentemente, a prevenção de problemas cardíacos relevantes”, explica a Profª Elisabeth Costa Monteiro, formada em medicina, com doutorado em Biofísica e pós-doutorado no Istituto di Fisica Medica e Istituto di Tecnologie Avanzate Biomediche (Itália).  Após o sucesso nos testes realizados, Lizeth continuará suas pesquisas e o desenvolvimento do aparelho no programa de doutorado em Engenharia Elétrica.

Pesquisa também aborda o desenvolvimento de sensores não-invasivos para a medição de campos biomagnéticos, capazes de operar a temperatura ambiente

Utilizando sensores baseados no fenômeno GMI, os pesquisadores também atuam no desenvolvimento de equipamentos destinados à medição de campos biomagnéticos:  campos magnéticos com intensidades muito baixas, gerados pela atividade bioelétrica que ocorre nas células dos organismos vivos. A detecção do campo biomagnético permite obter, de forma não-invasiva e inofensiva, informações sobre a propagação das correntes iônicas que se deslocam nos tecidos musculares, como é o caso do músculo cardíaco, ou tecidos nervosos, como as comunicações entre os neurônios cerebrais.

O conhecimento destes circuitos possibilita identificar, por exemplo, distúrbios eletrofisiológicos responsáveis pela indução das arritmias cardíacas; informação essencial para definição da conduta terapêutica para cada paciente. As medições não-invasivas do campo biomagnético possuem alta relevância biomédica, já que atualmente essas informações não podem ser obtidas por meio de um eletrocardiograma ou um eletroencefalograma, mas, apenas por um procedimento invasivo, com o uso de eletrodos posicionados diretamente no tecido muscular e/ou nervoso.

Sensores GMI permitem ainda a possibilidade de realização desses diagnósticos em bebês ainda dentro do útero. “Existe um equipamento chamado SQUID (Superconducting Quantum Interference Device), que é o dominante nesse tipo de aplicação, mas ele é caríssimo. Precisa ser resfriado a temperaturas criogênicas e seus custos de aquisição, instalação e operação o tornam proibitivos para utilização em larga escala”, explica Silva, que complementa: “Dessa forma, temos atuado no desenvolvimento de sistemas de medição de campos biomagnéticos, baseados em um outro sensor GMI portátil, que opera à temperatura ambiente e apresenta potencial para conseguir medir tais níveis de campo”.

A equipe do CTC/PUC-Rio trabalha em conjunto com o Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF) e o Dep. de Física da Universidade Federal de Pernambuco (UFPE), ambos responsáveis pelo desenvolvimento do material do sensor, focados na área de ciência de materiais, produzindo o GMI. “O CTC/PUC-Rio, por sua vez, trabalha no desenvolvimento e aprimoramento da eletrônica do equipamento que usa esse material como elemento sensor”, explica Silva.

Sensores podem localizar corpos estranhos com maior precisão

Outro exemplo de funcionalidade desse tipo de medição biomagnética está relacionado à localização de corpos estranhos em pacientes. Por meio dessa medição não-invasiva é possível localizar com precisão a posição de uma agulha dentro do corpo do paciente, fornecendo informações sobre sua inclinação em relação à superfície da pele, além da projeção do eixo e do ponto central do corpo estranho, dados fundamentais para a orientação da conduta cirúrgica, que não são obtidas de forma confiável por meio das estratégias convencionais de raios X.

Em estudos anteriores utilizando sistemas SQUID, os pesquisadores do CTC demonstraram que essa abordagem permite não só garantir o sucesso cirúrgico, como também uma importante redução do tempo do procedimento. “O potencial da técnica de medição do campo biomagnético é gigantesco, já que amplia de forma significativa as possibilidades de novos diagnósticos não-invasivos, contribuindo não somente para uma adequada orientação terapêutica e prevenção da realização de abordagens invasivas desnecessárias, como também para o sucesso e a redução do tempo de procedimentos invasivos, quando os resultados da medição magnética indicam a sua necessidade”, reforça Monteiro.

Mais de 15 anos de pesquisa com GMI

Esta linha de pesquisa envolvendo o desenvolvimento de transdutores de baixo custo baseados no efeito GMI para aplicação biomédica foi iniciada pela Profª Elisabeth Costa Monteiro em 2001. De lá para cá, diversos alunos de graduação e pós-graduação vêm desenvolvendo brilhantes estudos na área, colocando o CTC/PUC-Rio como pioneiro em algumas das importantes contribuições para a engenharia biomédica.

Em parceria com o Prof. Carlos Roberto Hall Barbosa (PósMQI/PUC-Rio), utilizando amostras sensoras, obtidas por meio da colaboração estabelecida desde então com o Departamento de Física da UFPE, a equipe passou a contar também com a colaboração dos professores Luis Antônio Pereira de Gusmão e Eduardo Costa da Silva, ambos do Departamento de Engenharia Elétrica do CTC/PUC-Rio.

Questionada sobre o futuro dessas inovações e a possibilidade de chegarem ao mercado, a Profª Elisabeth Monteiro demonstrou acreditar no potencial das descobertas, mas ressaltou que atualmente existem dificuldades associadas à redução dos investimentos na ciência, fator este que desacelera o progresso das pesquisas. “Antes de um produto desses ser oferecido à comunidade médica, são necessários muitos investimentos em recursos humanos e financeiros para a elaboração da pesquisa, incluindo a evolução e caracterização minuciosa dos protótipos considerando parâmetros para garantia de sua segurança e desempenho, além da realização dos estudos clínicos das múltiplas potencialidades de aplicação biomédica. Após concluirmos toda essa investigação científica, os dispositivos serão submetidos às exigências regulares visando à obtenção do registro da agência de vigilância sanitária do País, possibilitando, então, incorporar a inovação no ambiente clínico”, finaliza a pesquisadora.

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