PROPOSTA PARA UM SISTEMA DE MONITORAMENTO DE PESO DE UM PACIENTE
ACAMADO EM UTI
LUKAS PEDROSO, DHIEGO MENDES, PAULO SALLES, WELLINGTON LIMA.
Instituto de Estudos Superiores da Amazônia Instituto de Estudos Superiores da Amazônia
Av. Governador José Malcher, 1148 – Nazaré – Belém/PA
E-mails: lukas.pedroso@yahoo.com.br, dhiegosmendes@gmail.com,
paulo.aut@gmail.com, wjlima@prof.iesam-pa.edu.br
Abstract
This article focuses primarily provide a solution for monitoring the weight of ICU patients. For this, a balance of low
cost is designed to be installed at the base of the wheels of an ICU bed using weight sensors, Arduino hardware and network card.
Thus the current weight of the patient will be known at the time of admission, any change in weight during treatment, will be
responsible for knowledge of the patient in real time from any computer connected to the hospital network, or even a page on the
Internet in the case of a change in weight on-screen message tells doctors and nurses responsible for service change.
Keywords
Metrology, monitoring weight, bedridden patient in the ICU, Arduino board, sensor.
Resumo
Este artigo tem como foco principal apresentar uma solução de monitoramento do peso dos pacientes internados em UTI.
Para isso, uma balança de baixo custo foi projetada para ser instalada na base das rodas da cama de uma UTI, utilizando sensores de
peso, Hardware Arduino e placa de rede. Desta forma o peso atual do paciente será conhecido no momento da internação, qualquer
alteração do peso durante o tratamento, será de conhecimento do responsável pelo paciente em tempo real através de qualquer
computador conectado a rede do hospital, ou até mesmo em uma pagina na internet, no caso de alteração do peso uma mensagem na
tela informa aos médicos e enfermeiros responsáveis pelo atendimento da mudança.
Palavras-chave
Metrologia, monitoramento peso, paciente acamado de UTI, Placa Arduino, Sensor.
1 Introdução
Nas últimas décadas a medicina intensiva
monitorava os pacientes de UTI utilizando
equipamentos como monitores cardíacos, bombas
de infusão, termômetro, oxímetro de pulso,
eletrocardiógrafo e ventilador mecânico (Viana,
2005). Um dado muito importante no tratamento é
o conhecimento do peso corpóreo do paciente em
estado crítico, esta necessidade implica diretamente
na administração das doses das medicações
utilizadas no tratamento desses pacientes que
precisam ser calculadas e reajustadas de acordo
com o peso corpóreo real (Viana, 2005).
Entretanto, nota-se que atualmente a maioria desses
serviços não realiza a pesagem do paciente. O não
monitoramento do peso implica diretamente no
estado nutricional do paciente em tratamento
intensivo influindo em sua evolução clínica.
Estima-se que 75% dos pacientes internados por
mais de uma semana perdem peso e as taxas de
mortalidade são maiores do que aquelas esperada
em pacientes adequadamente nutridos
(
Fontoura,
Carmen et al. (2006)). Pacientes em risco
nutricional permanecem hospitalizados durante um
período de tempo 50% maior do que os pacientes
saudáveis, gerando aumento nos custos hospitalares
(
Fontoura, Carmen et al. (2006)). A desnutrição e
os desvios nutricionais ocasionam a redução da
imunidade aumentando, portanto o risco de
infecções hipoproteinemia e edema, bem como a
redução de cicatrização de feridas, aumento do
tempo de permanência e consequente aumento dos
custos hospitalares, entre outras consequências
(
Fontoura, Carmen et al. (2006)). Outra dificuldade
é pesar pacientes vitimas de traumas graves que
não podem ser movidas da sua posição. Atualmente
na maioria dos hospitais o peso e verificado através
de uma cama com balança integrada de altíssimo
custo (Viana, 2005), em balança portátil (Viana,
2005) ou em uma balança eletrônica, mas nos casos
da balança portátil e eletrônica o paciente é retirado
da cama trazendo complicações e desconforto para
os pacientes. O objetivo do projeto é adquirir o
peso deste paciente na internação, monitorar o peso
do paciente durante todo o tratamento sem movê-
lo, informando o peso aos responsáveis em tempo
real.
2 Solução
Desenvolver um sistema de baixo custo que
possa ser usado em qualquer tipo de cama, sem
nenhum tipo de adaptação utilizando uma
infraestrutura adequada para o tipo de ambiente. A
solução visa instalar sensores do tipo célula de
carga na base da cama, vide figura 01, posicionados
nos quatro cantos em baixo das rodas, interligados
em uma placa Arduino que disponibilizará os
resultados através de qualquer computador
conectado a rede facilitando o acesso aos dados dos
profissionais responsáveis pelo paciente. A Figura
01 demostra o esquema de ligação do sistema, onde
tem a cama hospitalar sobre a plataforma com os
sensores, ligados na placa Arduino, na Figura 02 é
demostrado a ligação da rede logica do sistema por
onde vão trafegar os dados do sistema chegando até
os computadores que estão demonstrados domo
área de monitoramento.
Figura 01. Esquema de ligação do sistema.
Figura 02. Rede logica do sistema.
2.1 Resumo do Projeto.
A técnica de monitoramento de peso foi
desenvolvida para amenizar ao máximo os
empecilhos de “pacientes” acamados em UTI. A
cama do paciente de UTI nem sempre vai ter um
peso padrão. Por este motivo, deve-se fazer a
calibração dos sensores usados no processo com
um peso padrão, para validar a célula de carga
usada no processo. Para conhecer o peso do
paciente é feito alguns passos antes da sua entrada.
Primeiro medir o peso da cama, o segundo passo é
medir o peso da cama já com o paciente sobre ela,
o terceiro passo é calcular peso da cama mais o
paciente mais os instrumentos colocados.
2.2 Plataforma Arduino
É um computador físico baseado numa simples
plataforma de hardware livre (arduino.cc (2011)),
vide Figura 03, projetada com um micro
controlador de placa única, com suporte de
entrada/saída embutido e uma linguagem de
programação padrão C/C++, na qual tem origem
em uma biblioteca Wiring, e é essencialmente
algumas linhas de E/S digital e analógica, de baixo
custo e flexível e de fácil utilização para usuários
iniciantes. O Arduino utilizado em nosso projeto é
o modelo Duemilanove que contém um chip da
Atmega328 com clock de 16 Mhz, voltagem de
operação 5v, sendo recomendado usar voltagem de
entrada de 7-12V, seus limites mínimos e máximos
são de 06 a 20V, possuem 14 portas Digitais (dos
quais 6 podem ser PWM) e 06 analógicas memoria
flash 32 KB.
Figura 03. Placa Arduino.
2.3 Sensor de Célula de Carga.
A sensibilidade da célula de carga é diretamente
influenciada pelo número de extensômetros, pela
posição e pela configuração da ponte de
Wheatstone (Bolton, William (2002)).
O princípio de funcionamento das células de carga
baseia-se na variação da resistência ôhmica do
extensômetros ou strain gage, quando submetido a
uma deformação (Células de carga (2011)). Utiliza-
se comumente em células de carga quatro
extensômetros ligados entre si segundo a ponte de
Wheatstone
, e o desbalanceamento da mesma, em
virtude da deformação dos extensômetros, é
proporcional à força que a provoca. É através da
medição deste desbalanceamento que se obtém o
valor da força aplicada (Células de carga (2011)).
A força atua, portanto sobre o corpo da célula
de carga e a sua deformação é transmitida aos
extensômetros, que por sua vez medirão sua
intensidade. A forma e as características do corpo
da célula de carga devem ser definidas para
assegurar que a sua relação de proporcionalidade
entre a intensidade da força atuante e consequente
deformação dos extensômetros seja preservada
tanto no ciclo inicial de pesagem quanto nos ciclos
subsequentes. A forma geométrica, portanto, deve
conduzir a uma "linearidade" dos resultados
(Células de carga (2011)), vide Figura 04. É
importante observar a histerese decorrente de trocas
térmicas com o ambiente da energia elástica gerada
pela deformação e a repetibilidade, indicação da
mesma deformação decorrente da aplicação da
mesma carga sucessivamente, também deve ser
verificada e controlada através do uso de materiais
isotrópicos e da correta aplicação da força sobre a
célula de carga. O sensor, vide Figura 05, usado no
projeto é um sensor encontrado em balanças
digitais comerciais.
Figura: 04 Gráfico de deformação x carga, mostrando
histerese, repetibilidade e não linearidade.
Figura 05. Sensor Célula de Carga.
3 Montagem e testes.
Foi necessário para a realização do projeto,
resistores de vários valores diferentes, fio de cobre,
amplificadores do tipo LM358N, potenciometro,
multimetro, fonte simétrica, Hardware (arduino),
software (Proteus7.6 e Arduino alpha 0022 ).
Primeiramente foi desenhado o circuito para fazer o
teste das celulas de carga, vide Figura 06,
utilizando a configuração do circuito denominado
ponte de Wheatstone, onde o objetivo é medir a
tensão quando houver alteração na célula de carga,
gerando uma diferença de potencial, como foi
observada no multimetro, vide Figuras 07 e 08.
Obtido a tensão no terminal foi obervado que a
escala é em ordem de mV e a tensão que deveria
dar 0,0mV deu aproximadamente 1,8mV. Essa
diferença ocorre por ter um terra flutuante e pelo
amplificar não ser ideal. Esse erro sistemático é
corrigido colocando um potenciometro como se
fosse uma resistência em um dos terminais da
ponte, precisamente em R2. Depois de forçar o
offset em 0,0mV foi observado que a escala de
variação do mesmo pode variar de -7,7mV a
7,7mV. Para o funcionamento com o arduino deve-
se ligar o sinal de saida do sensor na porta
analogica A0 e a referencia do sinal no GND do
arduino. Ainda assim não foi possível utilizar estes
valores para o programa desenvolvido para a placa
arduino, tendo em vista que a placa obtem sinal
apartir de 4mV (arduino.cc (2011)). Para solucionar
este problema, foi desenvolvido um circuito
amplificador de tensão utilizando 3 amp op’s não
inversores, gerando assim tensões em ordem de
volts.
Figura 06. Circuito completo do sistema.
Figura 07. Imagem do teste de pesagem com massa padrão 01.
Figura 08. Imagem do teste de pesagem com massa padrão 02.
De acordo com os dados obtidos nas pesagens,
onde foram feitas dez pesagens para cada massa
padrão, pode-se por meio de calculos, quantificar e
corrigir alguns dos erros de medição, na Figura 09
pode-se observar a amplitude maxima do erro
padrão para o sensor usado no projeto, as tabelas de
01 a 06 demonstram estas medições e seus
resultados.
Segundo o livro do Armando Albertazzi “O erro de
medição estará sempre presente em cada vez que a
indicação do sistema de medição não coincidir com
o valor verdadeiro do mensurado”. As Equações 1
e 2 representam o erro de medição e o erro
sistemático.
Figura 09. Gráfico da curva de amplitude máxima do erro
padrão.
= −
(1)
Sendo:
E
Erro de medição
I
Indicação do sistema de medição
VVM Valor verdadeiro do mensurando
= ̅
−
(2)
Sendo:
E
s
Erro sistemático
Ī
∞
Média de um número infinito de
indicações
VVM Valor verdadeiro do mensurando
Como não se podem fazer medições infinitas
podemos obter um valor aproximado que se
denomina tendência. Que consiste em uma
estimativa do erro sistemático Equações 3 e 4.
= ̅
−
(3)
Sendo:
T
d
Tendência
Ī
∞
Média de um número finito de indicações
VVM Valor verdadeiro do mensurando
= −
= − ̅
(4)
Sendo:
C
Correção
T
d
Tendência
VV
Valor verdadeiro do mensurando
Ī
Média de um número finito de indicações.
Com esses dados é possível obter a correção de
alguns erros de medição. Vide tabelas 01 a 06.
Tabela 01. Tabela das medições de repetibilidade com massa
padrão de 5 kg.
nº de
medições
Massa
padrão/Kg
Massa
medida(balança
padrão)/Kg
mV
1
5
5,2
0,4
2
5
5,2
0,4
3
5
5,2
0,4
4
5
5,2
0,4
5
5
5,2
0,4
6
5
5,2
0,4
7
5
5,2
0,4
8
5
5,2
0,4
9
5
5,2
0,4
10
5
5,2
0,4
Erro de medição
0,2
Tendência
0,2
Correção
- 0,2
Tabela 02. Tabela das medições de repetibilidade com massa
padrão de 10Kg.
º de
medições
Massa
padrão/Kg
Massa
medida(balança
padrão)/Kg
mV
1
10
10,4
0,8
2
10
10,4
0,8
3
10
10,4
0,8
4
10
10,4
0,8
5
10
10,4
0,8
6
10
10,4
0,8
7
10
10,4
0,8
8
10
10,4
0,8
9
10
10,4
0,8
10
10
10,4
0,8
Erro de medição
0,4
Tendência
0,4
Correção
- 0,4
Tabela 03. Tabela das medições de repetibilidade com massa
padrão de 15Kg.
nº de
medições
Massa
padrão/Kg
Massa medida(balança
padrão)/Kg
mV
1
15
15,6
1,2
2
15
15,6
1,2
3
15
15,6
1,2
4
15
15,6
1,2
5
15
15,6
1,2
6
15
15,6
1,2
7
15
15,6
1,2
8
15
15,6
1,2
9
15
15,6
1,2
10
15
15,6
1,2
Erro de medição
0,6
Tendência
0,6
Correção
- 0,6
Sensor recebe
deformação na base e
envia as informações
para o Arduino.
Arduino recebe
informação nas porta
analógicas. A0, A1, A2,
A3.
A informação é
processada e enviada
para a rede de dados.
Via computador é
recebido o peso do
paciente.
Através de uma página
WEB é exibido os valores
do peso do paciente.
Tabela 04. Tabela das medições de repetibilidade com massa
padrão de 20Kg.
nº de
medições
Massa
padrão/Kg
Massa
medida(balança
padrão)/Kg
mV
1
20
20,8
1,6
2
20
20,8
1,6
3
20
20,8
1,6
4
20
20,8
1,6
5
20
20,8
1,6
6
20
20,8
1,6
7
20
20,8
1,6
8
20
20,8
1,6
9
20
20,8
1,6
10
20
20,8
1,6
Erro de medição
0,8
Tendência
0,8
Correção
- 0,8
Tabela 05. Tabela das medições de repetibilidade com massa
padrão de 25Kg.
nº de
medições
Massa
padrão/Kg
Massa
medida(balança
padrão)/Kg
mV
1
25
26
2,0
2
25
26
2,0
3
25
26
2,0
4
25
26
2,0
5
25
26
2,0
6
25
26
2,0
7
25
26
2,0
8
25
26
2,0
9
25
26
2,0
10
25
26
2,0
Erro de medição
1,0
Tendência
1,0
Correção
- 1,0
Tabela 06. Tabela das medições de repetibilidade com massa
padrão de 30Kg.
nº de
medições
Massa
padrão/
Kg
Massa
medida(bala
nça
padrão)/Kg
mV
1
30
31,2
2,4
2
30
31,2
2,4
3
30
31,2
2,4
4
30
31,2
2,4
5
30
31,2
2,4
6
30
31,2
2,4
7
30
31,2
2,4
8
30
31,2
2,4
9
30
31,2
2,4
10
30
31,2
2,4
Erro de medição
1,2
Tendência
1,2
Correção
- 1,2
Analisando o gráfico, vide figura 10, gerado pelos
resultados obtidos no processo de validação através
das pesagens e apuração dos dados por meio do
multímetro, notas-se, que a curva caracterista do
sensor, é uma reta, que pode ser representado pela
formula, y = ax + b, onde determina-se os valores
de a e b. Baseado nas tabelas de 01 a 06, vide
Formulas 5 e 6.
Figura 10. Curva característica do sensor
=
−
−
(5)
= 12,5
(6)
=
.
−
.
−
= 0
4 Fluxograma do Processo com a Placa Arduino
Peso da tara = cama +
lençol + travesseiro +
equipamentos
conectados .
Peso Total = tara + peso
novo paciente.
Peso Paciente = peso
total - tara
Exibe peso real do
paciente.
5 Estudo de Caso
Para realizar o estudo, foi usada balança com
erro padrão de 100 g, durante os teste foi usado
massa padrão de 5 Kg e 10 Kg para calibração da
balança com arduino, utilizando metodo de
repetibilidade foi obtido os valores da massa
padrão com a balança padrão. Os valores obtidos
para 5 Kg foi de 5,2 Kg e para 10 Kg foi de 10,4
Kg, convertendo estes valores para volts, para 5,2
Kg o valor obtido foi de 0,04 mV, para 10,4 Kg
0,08 mV. A realização dos procedimentos de
medição e detecção de anormalidade deve ser feito
para cada componente da cama incluindo o
paciente, deve-se pesar todos os componentes
incluido cama, lençol, travesseiro e equipamentos
que ficam conectados ao paciente para adquirir o
valor da tara, após este procedimento o paciente
deve ser colocado na cama e diminuir o valor da
tara para conhecer o valor do peso do paciente.
Abaixo segue uma demonstração do fluxo do
processo.
No primeiro estudo de caso foi feito a
parametrização do peso no caso de ultrapassar 2 Kg
deve ser enviada a mensagem de alerta para os
profissionais responsáveis pelo paciente, no
segundo caso a parametrização foi definida para o
caso de diminuir 2 Kg. É importante observar que
na prática esta variação da massa ocorre em horas
que devem ser estabelecidas pelo médico
responsável.
6 Conclusão
O projeto desenvolvido, além de simples
implementação, com baixo custo, visa eliminar a
estimativa visual de peso do paciente, que a alguns
anos atrás era necessidade no âmbito hospitalar.
Com o monitoramento do peso do paciente a
dosagem de remédio pode ser administrada com
maior eficácia, diminuindo o tempo de internação e
o custo para um hospital, seja ele particular ou
publico.
Ao final deste artigo vê-se que é de suma
importância para a área médica ter o
monitoramento do peso para que ocorra uma
nutrição adequada e com isso diminua o risco de
mortalidade nas unidades de terapia intensiva.
Agradecimentos
Primeiramente agradeço a Deus por ter nos dado a
oportunidade de hoje estarmos aqui, a minha mãe
Antonia, meu irmão Andrey minha namorada
Meile e minha cunhada Camilla por sempre
estarem ao meu lado.
Lukas Pedroso
Primeiramente, agradeço a Deus por nos
possibilitar de apresentar este trabalho, aos meus
pais Keila e Fernando(in memorian) Mendes, aos
meus irmãos Thiago e Fernando Mendes, meus
Avós (Antonia e Hilkias) Souza e minha namorada
Taina Marinho e meus sogros Marcel e Lucia
Marinho por sempre estarem dando força e apoio
quando preciso.
Dhiego Mendes
Agradeço toda minha família por estarem ao meu
lado este tempo todo em especial meu avô.
Paulo Sales
Agradecemos em especial ao nosso orientador Msc.
Wellington
Lima
por
ter
dedicado
seu
conhecimento e seu tempo para ajudar-nos a
completar nossa luta e ao professor Epaminondas
por nos mostrar os caminhos certos em meio as
dúvidas surgidas em nossa caminhada.
Referências Bibliográficas
Bolton, William (2002). “Instrumentação e
Controle”. São Paulo: Editora Hemus.
Pereira, Fabio. (2003). “Microcontraladores – PIC
programação em C”. 6ª edição, São Paulo:
Editora Érica.
Albertazzi Junior, Armando (2010). “Fundamentos
da Metrologia Ciêntífica e Industrial”, São
Paulo: ed Manole.
Viana, Jaciara Machado et al. (2005). “Análise
Comparativa entre os Pesos Corpóreos
Estimados e os Medidos obtidos de Pacientes
em Estado Crítico”, Revista Brasileira de
Terapia Intensiva
, São Paulo, v. 7, p. 27
outubro.
Fontoura, Carmen et al. (2006).“Avaliação
nutricional de paciente critico”. Revista
Brasileira de Terapia Intensiva
, São Paulo.
Células de carga - conceitos básicos. (2011).
Disponível
http://www.celuladecarga.com.br/info/definica
o.htm, 2011.
http://www.arduino.cc/