Desenvolvimento de Instrumentação self-mixing para medição de onda de pulso em tempo real

Abstract

A onda de pulso arterial (OPA) gerada pelo coração durante a sístole causa a dilatação das artérias do sistema circulatório sistémico. A energia cinética desta dilatação é propagada para a vizinhança e pode ser detetada sob a forma de vibração da pele sobre artérias periféricas como a carótida. A velocidade da vibração é proporcional à velocidade de onda de pulso (VOP) que por sua vez, está intrinsecamente relacionada com a elasticidade da parede arterial. VOP é assim um índice da rigidez arterial, sendo esta por sua vez um indicador de doença cardiovascular (DCV), uma das maiores causas de mortalidade no Ocidente.Este trabalho tem como objetivo demonstrar que um sistema ótico simples baseado em self-mixing (SM) é capaz de extrair a VOP por meios não invasivos. SM é uma técnica de interferometria em que parte da luz refletida por um objeto em movimento provoca a modulação da frequência (FM) na luz captada pelo fotodíodo (PD) na cavidade de um díodo laser (LD). A FM contém informação sobre a frequência Doppler e consequentemente sobre a VOP. Posteriormente um algoritmo baseado na transformada rápida de Fourier (FFT) extrai essa informação, no entanto, este projeto também tem como propósito extrair essa informação analogicamente, sem necessitar de pós-processamento digital, o que habilita esta instrumentação a revelação da VOP em tempo real.____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

The arterial pulse wave (APW) generated by the heart during systole causes the arteries in the systemic cardiovascular system to distend. The kinetic energy of this distention is propagated thought the vicinity and it can be detected in the form of vibration on top of the skin over peripheral arteries like the carotid. The velocity of the skin vibration is proportional to the pulse wave velocity (VOP) underneath it and this parameter is intrinsic related to the arterial wall elasticity. VOP is then an index of the arterial stiffness and hence an indicator of cardiovascular disease (CVD), one of the leading causes of mortality in the West.This project aims to demonstrate that a simple optical system based on self-mixing (SM) is capable of detecting VOP in a non-invasive way. SM is an interferometry technique in which part of the light reflected by an object in motion induces a frequency modulation (FM) in the light perceived by the photodiode (PD) in the laser diode (LD) cavity. The FM contains information regarding the Doppler frequency and so information about the VOP. An algorithm based on fast Fourier transform then extracts that information, but another purpose of this project is to extract this information analogically, without the need of software processing, enabling this instrumentation of detecting PW in real time.____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________