Introdução a Aplicação de Alta Tensão em Meios Biológicos e Análise de Impedância. Guilherme B. Pintarelli, EE

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Introdução a

Aplicação de “Alta Tensão”

em Meios Biológicos e

Análise de Impedância

Guilherme B. Pintarelli, EE guilherme.b.pintarelli@gmail.com

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• Definições: Bioeletricidade; Condução Iônica; Íons; Membrana Celular; Potencial Transmembrana; Potencial de Ação;

• Indução de Potencial Transmembrana;

• Uso de HVDC (High Voltage Direct Current) e PEF (Pulsed Electric Fields);

• Conversão de energia (CA-CC e CC-CC). Topologias não isoladas e isoladas;

• Estudo de Caso de Desfibrilador;

• Requisitos Gerais em Equipamentos Eletromédicos: Introdução Normas;

• Análise por Impedância Elétrica: Dispersões, Medição e Imagem por Tomografia de Impedância.

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• A bioimpedância:

– Lida com propriedades elétricas passivas do tecido. Ex.: resistência e reatância.

• A bioeletricidade:

– Lida com a capacidade do tecido em gerar eletricidade. Ou seja, eletricidade endógena (gerada pelo próprio tecido). Ex.: ECG, EMG e EEG.

– Lida com capacidade do tecido ser controlado por

eletricidade aplicada externamente. Ou seja, eletricidade exógena (eletricidade aplicada externamente). Ex.:

Técnicas de eletroestimulação e eletroporação.

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𝐍𝐚𝐂𝐥_(𝒂𝒒)֞ 𝐍𝐚 _(𝒂𝒒)+ + 𝐂𝐥_(𝒂𝒒)−

Condução Iônica

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Membrana Celular e Íons

Silverthorn, D. U. Fisiologia Humana Grimnes, S.; Martinsen, O. G. Bioimpedance and Bioelectricity Basics

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Potencial de Repouso

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Potencial de Ação

Silverthorn, D. U. Fisiologia Humana Dentritos

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Potencial de Ação

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• Manipulação Potencial Transmembrana

• Manipulação Celular

• Contexto HVDC e PEF

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Aplicações HVDC

~200 V ~2 kV

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Aplicações HVDC

~1 kV https://www.pulsemaster.us/pef-machinery https://www.pulsemaster.us/pef-products ~40 kV http://elea-technology.de/pef-benefits/

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• Potenciais Transmembrana Fisiológicos

– Arritmias Cardíacas (VIANA et al., 2016)

– Alívio de dor (LEVY; DEER; HENDERSON, 2010)

– Diagnóstico de disfunções neuromusculares (como

polineuropatia diabética periférica) a partir da estimulação de nervos periféricos e sua resposta (COSSUL et al., 2018).

• Potenciais Transmembrana Supra Fisiológicos

– Eletroporação:

❖ Transferência Genética ❖ Eletroquimioterapia ❖ Pasteurização

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Fontes HVDC Linear VS Chaveada

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• Buck

• Vo/Vi = D

Conversores CC-CC

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• Boost

• Vo/Vi = 1/(1-D)

Conversores CC-CC

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• Buck-Boost

• Vo/Vi = D/(1-D)

Conversores CC-CC

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• Buck-Boost Isolado ou Flyback

Conversores CC-CC

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• Buck Isolado (Forward)

• Vo/Vi = D

Conversores CC-CC

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• Push-Pull

• Vo/Vi = D

Conversores CC-CC

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• Maioria dos projetos de conversores (isolados ou não) utilizam solução de controle PWM por CI “pronto”.

• Ex.: Datasheet OB2268/9

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• Pós WWII, 1947

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• [1]

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Tipos de Comando Isolado de Chaves

Analog Devices, Technical Article MS-2318

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[2]

Desfibrilador – Caso de Estudo

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(44)

Riscos Equipamentos/Instalações

Elétricas

(45)

Corrente Elétrica no Corpo Humano

(46)

Riscos Equipamentos Eletromédicos

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Riscos Equipamentos Eletromédicos

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Normas

Equipamentos

Eletromédicos

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• ECG;

• EEG;

• Equipamentos Auditivos;

• Raio X;

• Ultrasom;

• Camas Hospitalares Elétricas;

• Inculaboras;

• Etc...

• Há norma brasileira para maioria dos equipamentos.

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Análise de Impedância

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Análise de Impedância

Grimnes, S.; Martinsen, O. G. Bioimpedance and Bioelectricity Basics

Condutividade σ (S/m) Permissividade ε (F/m)

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Análise de Impedância

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Análise de Impedância

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Imagem por Impedância

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Imagem por Impedância

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Introdução a

Aplicação de “Alta Tensão”

em Meios Biológicos e

Análise de Impedância

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