AVALIAÇÃO DA PRECISÃO E ESTABILIDADE DO FLUXO DE OXIGÊNIO MEDICINAL ATRAVÉS DE FLUXÔMETRO ANALÓGICO E DIGITAL SOB VARIAÇÃO DE PRESSÃO NA REDE DE GASES MEDICINAIS.

Ciências da Saúde, Volume 29 – Edição 150/SET 2025 /

ASSESSMENT OF THE ACCURACY AND STABILITY OF MEDICAL OXYGEN FLOW THROUGH AN ANALOG AND DIGITAL FLOWMETER UNDER PRESSURE VARIATION IN THE MEDICAL GAS NETWORK.

REGISTRO DOI: 10.69849/revistaft/ar10202509191049

Caio Henrique Veloso da Costa¹
Fernando César de Cerqueira Júdice Tavares²
Maristone Gomes da Silva Júnior³

Resumo

Introdução: A oxigenoterapia é fundamental na prática clínica, exigindo precisão no fluxo para evitar hipoxemia e hiperóxia, que trazem riscos significativos ao paciente. Fluxômetros analógicos convencionais são suscetíveis a variações de pressão na rede de gases medicinais, comprometendo sua acurácia. Este estudo avalia a precisão e estabilidade do dispositivo digital em comparação com um fluxômetro analógico sob condições de pressão variável. Métodos: Ensaios laboratoriais controlados foram realizados comparando o ATAS O2 com um fluxômetro analógico de esfera. A precisão foi avaliada, variando a pressão de entrada da rede (3,5, 5 e 7 kgf/cm²) e o fluxo (1 a 7 L/min). A análise estatística incluiu teste t pareado, ANOVA, X² e regressão linear, com p < 0,05. Resultados: O ATAS O2 demonstrou precisão e estabilidade significativamente superiores. Seu erro médio aumentou suavemente com a pressão. Em contraste, o fluxômetro analógico exibiu um crescimento rápido e acentuado do erro conforme a variação da pressão. As diferenças entre os dispositivos foram estatisticamente significativas (p < 0,01 a 3,5 kgf/cm²; p < 0,001 a 5 e 7 kgf/cm²), confirmando a interação entre o tipo de fluxômetro e a pressão na magnitude do erro. O fluxômetro analógico apresentou uma frequência drasticamente maior de medições fora da tolerância (p < 0,001) e uma forte tendência de aumento de erro com fluxo e pressão crescentes. Conclusão: O fluxômetro digital oferece uma solução robusta e confiável para a administração precisa de oxigênio, especialmente em redes com flutuações de pressão.

Palavras-chave: Oxigênio, Fluxômetros, Precisão da Medição Dimensional.  

Abstract

Introduction: Oxygen therapy is essential in clinical practice, requiring flow accuracy to avoid hypoxemia and hyperoxia, which pose significant risks to the patient. Conventional analog flowmeters are susceptible to pressure variations in the medical gas network, compromising their accuracy. This study evaluates the accuracy and stability of the digital device compared to an analog flowmeter under variable pressure conditions. Methods: Controlled laboratory tests were performed comparing the ATAS O₂ with an analog ball flowmeter. Accuracy was assessed by varying the network inlet pressure (3.5, 5, and 7 kgf/cm²) and the flow (1 to 7 L/min). Statistical analysis included paired t-test, ANOVA, Chi-square test, and linear regression, with p < 0.05. Results: The ATAS O₂ demonstrated significantly superior accuracy and stability. Its mean error increased smoothly with pressure. In contrast, the analog flowmeter exhibited a rapid and steep increase in error as pressure varied. The differences between the devices were statistically significant (p < 0.01 at 3.5 kgf/cm²; p < 0.001 at 5 and 7 kgf/cm²), confirming the interaction between flowmeter type and pressure on the magnitude of the error. The analog flowmeter showed a dramatically higher frequency of out-of-tolerance measurements (p < 0.001) and a strong tendency for error to increase with increasing flow and pressure. Conclusion: The digital flowmeter offers a robust and reliable solution for accurate oxygen administration, especially in networks with pressure fluctuations.

Keywords: Oxygen, Flowmeters, Dimensional Measurement Accuracy.

Introdução

A oxigenoterapia é uma intervenção terapêutica crítica e amplamente utilizada em diversos cenários clínicos, desde unidades de terapia intensiva até cuidados domiciliares1,2 . A administração precisa e estável do fluxo de oxigênio é imperativa para otimizar os desfechos do paciente, prevenindo tanto a hipoxemia (subdosagem) quanto a hiperoxia (sobredosagem), ambas associadas a riscos significativos, incluindo lesão pulmonar, retinopatia da prematuridade e aumento da mortalidade3, 4, 5.

A precisão dos dispositivos de medição de fluxo de oxigênio é um fator determinante para a segurança do paciente. Tradicionalmente, fluxômetros analógicos do tipo Thorpe tube (com esfera flutuante) têm sido amplamente empregados por mais de 100 anos até os dias atuais. No entanto, a acurácia desses dispositivos é intrinsecamente dependente de fatores como a viscosidade do gás, a temperatura ambiente e, crucialmente, a pressão de entrada na rede de gases medicinais6, 7. Flutuações na pressão da rede, que são comuns em ambientes hospitalares devido a demandas variáveis e infraestruturas complexas, podem introduzir erros significativos nas leituras de fluxo dos dispositivos analógicos, comprometendo a dosagem terapêutica8, 9.

O dispositivo ATAS O2 representa uma evolução na tecnologia de fluxômetros, incorporando princípios digitais para a medição e controle do fluxo de oxigênio. Este estudo tem por objetivo avaliar a precisão e a estabilidade do fluxo do dispositivo digital ATAS O2 em comparação com um fluxômetro analógico convencional, com foco particular no impacto das variações de pressão na rede de gases medicinais, o que pode mitigar os desafios impostos pelas condições operacionais dinâmicas, garantindo uma administração de oxigênio mais confiável e segura.  

Métodos

Para investigar a precisão e estabilidade do fluxo dos fluxômetros sob diferentes condições de pressão, foram conduzidos ensaios laboratoriais comparativos controlados.

Foram utilizados dois tipos de fluxômetros para comparação:

  • Fluxômetro Digital ATAS O2 (Salvus Tecnologia, Recife-PE, Brasil): Um fluxômetro eletrônico que emprega princípios de medição por diferencial de pressão com compensação interna para fatores como temperatura e pressão.
  • Fluxômetro Convencional de Esfera (Protec, Cotia-SP, Brasil): Um fluxômetro analógico do tipo Thorpe tube, amplamente utilizado em ambientes clínicos, que mede o fluxo com base na posição de uma esfera em um tubo cônico.

Ambos os equipamentos foram calibrados previamente aos testes conforme especificações do fabricante. Para medição de referência do fluxo real, utilizou-se o Mass Flow Meter 4140 (TSI®, EUA), que realiza medição através da massa do gás, independente da vazão, com precisão de ±1% da leitura.

O desempenho de ambos os dispositivos foi avaliado em conformidade com os requisitos de precisão estabelecidos pela norma ISO 15002:2008 para fluxômetros de gases medicinais10. Os experimentos foram realizados em temperatura ambiente controlada (27°C ± 1°C) ao nível do mar para minimizar variáveis confundidoras. 

O protocolo experimental incluiu as seguintes etapas (Tabela 1):

Tabela 1: Ensaios realizados para avaliação de precisão e estabilidade.

Os dados coletados foram analisados para determinar a conformidade de cada dispositivo com os limites de tolerância de ±10% estabelecidos pela norma ISO 15002:2008. A capacidade do ATAS O2 de manter a precisão sob condições de pressão variável foi contrastada com o desempenho do fluxômetro analógico.

A análise estatística dos dados foi realizada com as diferenças absolutas entre o fluxo indicado pelos dispositivos e o fluxo real medido pelo padrão ouro, bem como as médias e desvios padrão dos erros de medição para cada dispositivo em cada faixa de pressão (3,5 kgf/cm², 5 kgf/cm² e 7 kgf/cm²). Para avaliar a significância das diferenças entre os dispositivos, foi aplicado um teste t pareado. A interação entre o tipo de fluxômetro e a pressão de entrada na magnitude do erro foi investigada por meio de uma Análise de Variância (ANOVA) de dois fatores. Adicionalmente, um teste de proporção (Qui-quadrado) foi utilizado para comparar a frequência de medições que excederam os limites de tolerância da norma ISO 15002:2008 entre os dois dispositivos. Por fim, uma análise de regressão linear foi empregada para caracterizar a tendência do erro de medição em função do fluxo e da pressão para cada equipamento. Todas as análises foram conduzidas utilizando o software R, com um nível de significância de p < 0,05.

Resultados

Foram encontradas diferenças significativas na precisão e estabilidade entre o dispositivo digital ATAS O2 e o fluxômetro analógico convencional, especialmente sob condições de variação de pressão (Tabela 2).

Tabela 2: Diferença na precisão e estabilidade dos fluxômetros com a variação da pressão de rede.

O fluxômetro de esfera convencional demonstrou ser altamente sensível às flutuações na pressão de entrada da rede. Quando a pressão foi elevada para 5 kgf/cm² e 7 kgf/cm², o erro de medição do fluxo indicado por este dispositivo excedeu consistentemente os limites de tolerância de ±10% estabelecidos pela normativa internacional. Com o fluxo nominal ajustado para 5 lpm, o fluxo real medido divergiu significativamente do valor exibido no fluxômetro analógico à medida que a pressão aumentava. Em contraste, o dispositivo digital demonstrou precisão e estabilidade. Em todas as pressões de entrada testadas (3,5 kgf/cm², 5 kgf/cm² e 7 kgf/cm²), manteve-se consistentemente dentro das margens de tolerância de ±10%. O erro médio do dispositivo digital demonstrou um aumento suave com a pressão, mantendo-se consistentemente abaixo do limite normativo em todas as condições testadas. Em contraste, o erro médio do fluxômetro analógico cresceu de forma rápida e acentuada a partir de 5 kgf/cm², ultrapassando largamente o limite de tolerância da norma ISO 15002:2008. De fato, todas as medições do ATAS O2 permaneceram dentro da tolerância de ±10% para todas as pressões e fluxos simulados, enquanto o fluxômetro analógico, já a 5 kgf/cm², apresentou a maioria dos pontos de fluxo (a partir de 3 L/min) excedendo a tolerância, e a 7 kgf/cm², todas as suas medições violaram a norma (Imagem 1). Essa diferença foi estatisticamente confirmada e foi significativa entre ATAS O2 e Fluxômetro Analógico para cada faixa de pressão (p < 0,01 em 3,5 kgf/cm² e p < 0,001 em 5 e 7 kgf/cm²). Uma análise ANOVA de 2 fatores reforçou essa conclusão, confirmando uma interação significativa entre o tipo de fluxômetro e a pressão, onde o erro cresce de modo acentuado para o fluxômetro analógico conforme a pressão aumenta, mas cresce pouco para o ATAS O2. Adicionalmente, um teste de proporção (X²) indicou que a frequência de medições acima da tolerância é drasticamente maior no fluxômetro analógico quando a pressão sobe, uma diferença significativa (p < 0,001). Por fim, a análise de Regressão Linear mostrou que o fluxômetro analógico possui um coeficiente angular significativamente maior para a pressão (βpressão = 0.28, p < 0.001) e para o fluxo (βfluxo = 0.35, p < 0.001), indicando uma forte tendência de aumento do erro absoluto com o crescimento dessas variáveis (R² = 0.88). Em contraste, o ATAS O2 apresentou coeficientes angulares substancialmente menores para a pressão (βpressão = 0.03, p = 0.12) e para o fluxo (βfluxo = 0.05, p < 0.05), sugerindo uma estabilidade superior e uma menor sensibilidade às variações de fluxo e pressão (R² = 0.75).

Imagem 1: 

Esses dados evidenciam que o fluxômetro analógico é sensível à pressão e não confiável para uso onde há oscilações de pressão da rede de gases, violando normas internacionais em condições realistas de uso. 

Discussão

Os resultados deste estudo fornecem evidências de superioridade do dispositivo digital na manutenção da precisão do fluxo de oxigênio sob condições de pressão variável na rede hospitalar, em comparação com os fluxômetros analógicos convencionais. A dependência dos fluxômetros analógicos em relação à pressão de entrada é uma limitação bem documentada na literatura8, 9, 11. A alteração da pressão afeta a densidade do gás e, consequentemente, a força de arrasto exercida sobre a esfera, levando a leituras imprecisas. A tecnologia de medição por diferencial de pressão, combinada com algoritmos de compensação interna, pode ser o fator que permite que o dispositivo digital corrija os efeitos das variações de pressão, exibindo um fluxo real e preciso independentemente das oscilações da rede. Nossos achados demonstram que, mesmo em variações de pressão consideradas comuns em ambientes clínicos, os dispositivos analógicos podem falhar em cumprir os padrões de precisão estabelecidos por normas internacionais como a ISO 15002:2008.

A capacidade do dispositivo digital de manter a precisão dentro das margens normativas em toda a faixa de pressão testada é um atributo crítico para a segurança do paciente. Dispositivos digitais, que frequentemente empregam sensores de fluxo mássico ou diferencial de pressão com compensação de temperatura e pressão, são inerentemente mais robustos contra essas variáveis ambientais12, 13. Essa tecnologia permite que o ATAS O2 forneça uma leitura de fluxo real e compensada, minimizando o risco de sub ou superdosagem de oxigênio, que pode ter consequências clínicas graves 3, 4.

Um estudo recente de Costa et al.14 corrobora e complementa nossos achados ao comparar o mesmo dispositivo ATAS O2 com um fluxômetro analógico sob condições padronizadas de pressão. Esse estudo demonstrou que, mesmo na ausência de flutuações de pressão, os fluxômetros analógicos apresentam uma deterioração progressiva da precisão com o aumento do fluxo, com desvios que podem alcançar 30% em fluxos mais altos. Em contraste, o dispositivo digital manteve um desvio estável e inferior a 1,5% em toda a faixa operacional. A importância de uma pressão de entrada estável para o funcionamento preciso de equipamentos médicos é um princípio fundamental, conforme destacado em diversas normas técnicas para dispositivos como ventiladores pulmonares15. Embora nenhuma tecnologia possa eliminar completamente a necessidade de uma rede de gases medicinais bem projetada e mantida, a capacidade do ATAS O2 de mitigar os efeitos das flutuações de pressão representa um avanço significativo. Ao fornecer leituras de fluxo mais precisas e estáveis, contribui diretamente para a otimização da oxigenoterapia, a redução de erros de medicação e, em última instância, a melhoria da segurança e dos desfechos dos pacientes.

Este estudo foi realizado em um ambiente laboratorial controlado. Embora as condições de pressão simulem as variações encontradas em redes hospitalares, a complexidade total do ambiente clínico, incluindo fatores como umidade e contaminação do gás, não foi totalmente reproduzida. Futuras pesquisas poderiam incluir avaliações de longo prazo em múltiplos centros clínicos para validar ainda mais esses achados em um contexto de uso real.

Conclusão

O dispositivo digital demonstrou precisão e estabilidade de fluxo significativamente superiores em comparação com os fluxômetros analógicos convencionais, particularmente sob condições de variação de pressão na rede de gases medicinais, representando um avanço tecnológico crucial para a segurança do paciente e a eficácia da oxigenoterapia em ambientes hospitalares.

Referências

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  15. Costa CHV, Tavares FCCJ, Silva Júnior MG. Precisão de fluxômetros de oxigênio analógicos e digitais: estudo comparativo em condições padronizadas de pressão. Ciências da Saúde. 2025;29(147).

¹Caio Henrique Veloso da Costa. ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5768-9975. Salvus Tecnologia LTDA.;
²Fernando César de Cerqueira Júdice Tavares. ORCID: https://orcid.org/0000-0003-1889-2492. Salvus Tecnologia LTDA.;
³Maristone Gomes da Silva Júnior. ORCID: https://orcid.org/0009-0004-4592-4175. Salvus Tecnologia LTDA..

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