UNICENP CENTRO UNIVERSITÁRIO POSITIVO NÚCLEO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS CURSO DE ENGENHARIA DA COMPUTAÇÃO

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1 UNICENP CENTRO UNIVERSITÁRIO POSITIVO NÚCLEO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS CURSO DE ENGENHARIA DA COMPUTAÇÃO SISTEMA DE BIOTELEMETRIA PARA MONITORAÇÃO DE ATIVIDADE FÍSICA EM TEMPO REAL Autor: Bruna Segantini Prof. Orientador: José Carlos da Cunha Curitiba 2003

2 Sistema de Biotelemetria Para Monitoração de Atividade Física em Tempo Real José Carlos da Cunha 1, Bruna Segantini 2 1 Professor de Engenharia da Computação 2 Aluna do 4 o ano do Curso de Engenharia da Computação Departamento de Engenharia da Computação, Centro Universitário Positivo (UNICENP), Brasil, Fone: , Fax: cunha@unicenp.br, bruna@unicenp.br Resumo Problemas cardíacos são uma das grandes causas de mortes no Brasil. O eletrocardiograma (ECG), que consiste no registro da atividade elétrica do coração, é um exame essencial para o acompanhamento da função cardíaca e, conseqüentemente, é de extrema importância no diagnóstico de suas patologias.com a monitoração da freqüência cardíaca, a pessoa tem maior segurança e eficiência durante a realização do exercício físico. A freqüência cardíaca deve variar sempre entre um limite máximo e mínimo. Esta varia de pessoa para pessoa. No caso de alguma variação que não esteja nesses limites, pode-se constatar desde uma baixa eficiência do condicionamento físico e em caso extremo, até o óbito do indivíduo.o monitoramento cardíaco em práticas de exercícios físicos é de extrema importância para se detectar um possível problema ou alguma alteração indesejada. Em face disso, o projeto objetiva ser uma ferramenta que fará uma monitoração contínua da freqüência cardíaca durante a prática do exercício, proporcionando uma maior segurança à saúde da pessoa e uma maior eficiência no processo de condicionamento físico. Este trabalho tem o intuito de desenvolver um equipamento eletrônico portátil, capaz de transmitir o eletrocardiograma do indivíduo a ser monitorado. Este dispositivo é interfaceado a um computador para o cálculo da freqüência registrada em tempo real, bem como, a visualização do eletrocardiograma. Com este projeto pretende-se facilitar o monitoramento da atividade física para uma detecção rápida e eficiente de algum problema indesejado. Palavras-chave: Eletrocardiograma, Biotelemetria, Freqüência Cardíaca. Abstract Cardiac problems are one of the biggest causes of death in Brazil. The electrocardiogram (ECG), which is a registry of the electrical activity from the heart, is a very important examination for accompaniment s heart function and, consequently, is a great tool in diagnostic s pathologies. The accompaniment of the cardiac frequency offers more security and efficiency along physical exercises. Cardiac frequency must be, always, between a maximum value and a minimum one. If appears a different value from those limits, it can cause a low efficiency in the physical activity or, in a extreme case, causes the death. In face of this, the project pretends to be a tool to accompany cardiac frequency in real time though the exercises, offering a better security to person s health and a bigger efficiency in physical activity. Keywords: Electrocardiogram, Biotelemetry, Heart Frequency.

3 SUMÁRIO, i LISTA DE ABREVIATURAS...ii LISTA DE FIGURAS...iii LISTA DE TABELAS...iv 1. INTRODUÇÃO ESPECIFICAÇÃO Descrição Objetivo geral Objetivo específico Fundamentação Teórica Arritmias e freqüência cardíaca durante o exercício físico Fisiologia do coração Eletrocardiograma A aquisição e o registro do eletrocardiograma Transmissão via rádio Especificação do Hardware Amplificador de instrumentação Filtros ativos Conversor A/D Módulo de transmissão e recepção Porta paralela Eletrodos Conversão tensão-freqüência e freqüência-tensão Diagrama de blocos do hardware Especificação do Software Ferramentas de desenvolvimento Linguagem C/C Software no sistema Diagrama de blocos do software DFD

4 2.5. Especificação de Validação PROJETO Visão geral Funcionamento Módulos Descrição do hardware Lista de componentes Diagrama do hardware Descrição do software Casos de uso Diagrama de classes Diagrama de seqüência Interface Ciclo de execução IMPLEMENTAÇÃO Circuito de alimentação Amplificador de instrumentação e filtros Conversão tensão/ freqüência e transmissão Aquisição do sinal Conversão A/D Software RESULTADOS CONCLUSÃO REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ANEXOS

5 LISTA DE ABREVIATURAS,ii A/D - Analógico /Digital AI Amplificador de instrumentação Bpm Batimentos por minuto CMRR Common mode rejection rate ou Razão de rejeição em modo comum db decibéis ECG Eletrocardiograma EEG Eletroencefalograma EMG Eletromiograma FCM Freqüência cardíaca máxima FM - Frequency Modulation (Modulação em freqüência) FPF Filtro passa faixa freq Freqüência F/V freqüência/ tensão kbps Kilo bits por segundo ma Mili Ampères MHz - Mega Hertz RC Resistor /capacitor Rx Módulo de recepção Tx Módulo de transmissão V Volts V/F tensão/ freqüência 5

6 LISTA DE FIGURAS,iii Fig.1. As partes principais do coração...15 Fig.2. Eletrofisiologia do coração...16 Fig.3. Ondas do Eletrocardiograma...17 Fig.4. Eletrocardiograma padrão...19 Fig.5. Circuito de amplificador do ECG...21 Fig.6. Circuito mais simplificado de amplificador do ECG...21 Fig.7. Amplificador de instrumentação INA118 da Texas Instruments...25 Fig.8. Curva de resposta em freqüência de um filtro passa faixa...27 Fig.9. Tipos de antenas...30 Fig.10. Eletrodos metal plate...31 Fig.11. Diagrama em blocos do conversor V/F...32 Fig.12. Diagrama em blocos do conversor F/V...33 Fig.13. Exemplo da conversão V/F e F/V...33 Fig.14.Diagrama em blocos do hardware...34 Fig.15. Cálculo usado para saber a faixa de freqüência indicada para o individuo...36 Fig.16. Diagrama em blocos do software...37 Fig.17. DFD (Diagrama de Fluxo de Dados)...38 Fig.18. Diagrama em blocos do projeto...41 Fig.19. Módulo de transmissão do projeto...44 Fig.20. Módulo de aquisição do projeto...44 Fig.21. Protótipo da tela do software...47 Fig.22. Fluxograma do ciclo de processamento do software...48 Fig.23. Circuito de estabilização de tensão...49 Fig.24. Circuito de aquisição do ECG e do filtro passa-faixa...50 Fig.25. Forma de onda do ECG capturado do simulador...51 Fig.26. Forma de onda do ECG capturado do simulador...51 Fig.27. Circuito do conversor V/ F LM331 (Texas Instruments)...52 Fig.28. Formas de onda do ECG capturado e de sua modulação digital...52 Fig.29. Circuito de transmissão via rádio...53 Fig.30. Circuito de aquisição via rádio

7 Fig.31. Circuito do comparador de zero...54 Fig.32. Circuito do conversor F/V LM331 (Texas Instruments)...55 Fig.33. Formas de onda do sinal recuperado após a transmissão e o sinal de ECG após a conversão F/V...56 Fig.34. Circuito de conversão A/D...57 Fig.35. Teste realizado com simulador Fig.36. Teste realizado com indivíduo Fig.37. Teste realizado com indivíduo Fig.38. Teste realizado com indivíduo Fig.39. Tela do software do teste com simulador...61 Fig.40. Tela do software do teste com simulador

8 LISTA DE TABELAS,iv Tab.1. Tabela das atividades de teste do sistema proposto

9 1. INTRODUÇÃO Problemas cardíacos são uma das grandes causas de mortes no Brasil. O eletrocardiograma (ECG), que consiste no registro da atividade elétrica do coração, é um exame essencial para o acompanhamento da função cardíaca e, conseqüentemente, é de extrema importância no diagnóstico de suas patologias. O projeto tem como objetivo fazer a monitoração da freqüência cardíaca e do eletrocardiograma (ECG) da pessoa, em tempo real, enquanto a mesma está praticando sua atividade física. Tal monitoração é de extrema importância, tanto para indivíduos com histórico de problemas cardíacos quanto para indivíduos tidos como saudáveis, pois podem ser diagnosticadas patologias cardíacas e arritmias que se detectadas precocemente, podem ser tratadas e não ocasionar danos ao indivíduo. Além disso, o monitoramento pode ser interpretado de maneira que um professor de educação física, fisioterapeuta, médico ou qualquer outro profissional da saúde possa dizer se a atividade está de acordo com as expectativas. Esta pode estar resultando em um desempenho físico baixo, ocasionando uma baixa eficiência do exercício físico, e por outro lado, o paciente pode estar excedendo a freqüência cardíaca máxima, o que pode comprometer sua saúde. Para realizar este procedimento, a pessoa a ser monitorada deve estar conectada a eletrodos, os quais levantarão os dados os dados de sua atividade elétrica cardíaca, que serão transmitidos em tempo real a um módulo de aquisição. Este módulo está conectado a um computador com o software do projeto, que permite a visualização do ECG da pessoa e a freqüência cardíaca da mesma em tempo real. Além disso, um flag de alerta é acionado sempre que a freqüência da pessoa esteja fora da faixa ideal para a mesma durante a prática do exercício físico. Vários tópicos foram estudados para a realização desse projeto, entre eles, pode-se citar: transmissão via rádio, aquisição do sinal de ECG, circuitos de tratamento e recuperação do sinal, conversão analógica/ digital. Nesse documento estão os princípios de funcionamento de tais circuitos, bem como, o estudo da parte teórica necessária para o entendimento do assunto para a realização do projeto. 9

10 2. ESPECIFICAÇÃO 2.1. Descrição Durante a prática de exercícios físicos, alterações indesejadas podem ocorrer colocando em risco a vida da pessoa. Desta forma, o monitoramento da freqüência cardíaca durante a atividade é de extrema importância para a segurança da pessoa bem como para a eficiência do treinamento ou condicionamento. Problemas cardíacos são uma das grandes causas de mortes no Brasil. O eletrocardiograma (ECG), que consiste no registro da atividade elétrica do coração, é um exame essencial para o acompanhamento da função cardíaca e, conseqüentemente, é de extrema importância no diagnóstico de suas patologias [2] Objetivo Geral O monitoramento cardíaco em práticas de exercícios físicos é de extrema importância para se detectar um possível problema ou alguma alteração indesejada. Em face disso, o projeto teve por objetivo ser uma ferramenta que fará um monitoramento contínuo da freqüência cardíaca durante a prática do exercício, proporcionando uma maior segurança à saúde da pessoa e uma maior eficiência no processo de condicionamento físico Objetivo Específico Para monitorar o indivíduo durante a prática do exercício, será necessário conhecer a idade do mesmo e sua freqüência basal, que consiste na freqüência em repouso. Esta será medida durante a calibração do sistema. Antes de começar a atividade física, a pessoa coloca três eletrodos no tórax. Com base na idade calcula - se a freqüência mínima e máxima da pessoa [10]. 10

11 A freqüência cardíaca em tempo real será mostrada na tela, bem como flags de okay e alerta. Se a freqüência registrada estiver entre a freqüência mínima e a máxima, o flag de okay estará acionado, do contrário, o flag alerta será acionado Fundamentação Teórica Arritmias e freqüência cardíaca durante o exercício físico O ECG [6] pode ser valioso na detecção de anormalidades cardíacas anatômicas, fisiológicas ou funcionais. Devido ao seu baixo custo, simplicidade e uso comum durante os últimos 50 anos, o ECG ainda é um dos instrumentos clínicos mais eficiente em toda medicina. Além do ECG de repouso, que se tornou um estudo diagnóstico essencial na investigação cardiológica, existem duas aplicações especiais do ECG que têm utilidade clínica em situações: eletrocardiografia ambulatorial e eletrocardiografia durante esforço. A freqüência cardíaca nos indivíduos normais é determinada pela freqüência de descarga das células marcapasso no nódulo sinoatrial. Embora as células marcapasso tenham uma freqüência intrínseca da formação do impulso, a freqüência cardíaca normal é influenciada por controle extrínseco que inclui o sistema nervoso autônomo, as catecolaminas circulantes e outras substâncias bioquímicas produzidas no organismo ou administradas como drogas [10]. Em repouso, a freqüência cardíaca está em geral entre 60 e 90 batimentos por minuto (bpm) e fica, predominantemente, sob influência do sistema nervoso parassimpático. Durante atividades físicas, a freqüência cardíaca aumenta, na medida em que a atividade nervosa parassimpática diminui e os estímulos simpáticos e catecolaminas circulantes aumentam [10]. Nos indivíduos sadios a freqüência máxima de descarga do nódulo sinoatrial é determinada pela idade, sendo aproximadamente 220 menos a idade. Existe uma variação considerável da freqüência cardíaca máxima entre os indivíduos da mesma idade, com desvio-padrão de mais ou menos 10 bpm. Por essa razão, com o avanço da idade, a freqüência cardíaca máxima diminui em aproximadamente 1 bpm/ano [6]. 11

12 A realização bem-sucedida de exercícios físicos requer a interação coordenada de três importantes sistemas orgânicos: os músculos esqueléticos, o sistema cardiovascular e o sistema respiratório. Esses três sistemas estão diretamente acoplados para prover a troca gasosa homeostática, isto é, oxigênio e dióxido de carbono entre o ambiente externo e as fibras musculares em atividade. Durante atividades progressivas de exercício cada sistema ajusta sua função em uma base de momento a momento, de acordo com as necessidades metabólicas do organismo, principalmente aquelas dos músculos em exercício [7]. É importante observar que um distúrbio ou queda dentro de um ou mais desses sistemas orgânicos pode ser a causa de uma tolerância limitada do individuo ao exercício [7]. O trabalho de constatação de uma incapacidade suspeita ou da intolerância ao exercício pode necessitar de uma avaliação abrangente de todos os três sistemas orgânicos a fim de determinar os mecanismos específicos responsáveis pela alteração do paciente. O ecocardiograma e o eletrocardiograma têm um papel essencial no diagnostico de distúrbios cardiovasculares que podem predispor atletas jovens à morte cardíaca repentina durante atividades relacionadas a esportes. Com este método de diagnóstico, anormalidades estruturais do miocárdio, da aorta e das válvulas cardíacas podem ser detectadas e acompanhadas permitindo verificar a progressão da enfermidade que pode impedir a participação segura em esportes [8]. Métodos especiais de registro da freqüência e do ritmo cardíaco podem ser eficazes na detecção de alterações do ECG. A telemetria, ou registro do ECG sem fio, pode ser apropriada em quadros nos quais a freqüência e o ritmo podem ser acompanhados visualmente por um técnico em ECG: isto pode ser realizado durante jogos como basquete ou futebol. O registro de eventos (com o uso de um dispositivo de gravação portátil acionado pelo individuo) pode revelar distúrbios do ritmo de uma pessoa sintomática durante o evento e que consegue acionar a gravação durante o quadro clínico [9]. O músculo cardíaco, ao contrário do que ocorre com os músculos esqueléticos, encontra-se em constante atividade. A mobilização energética para o constante trabalho de contração dá-se, sobretudo através de processos aeróbicos. A grande quantidade de mitocôndrias das células cardíacas denota sua especialização neste tipo de mobilização energética até 30% do volume cardíaco pode se dever às mitocôndrias, enquanto que em células musculares esqueléticas de pessoas treinadas este percentual atinge de 5 a 10%-, as 12

13 células cardíacas apresentam também uma grande atividade de enzimas envolvidas na mobilização aeróbica de energia. A oxidação de ácidos graxos é responsável pelo fornecimento de até 80% da energia; a glicose e lactose, por 10% [10]. Um grande débito cardíaco é a base para o trabalho cardíaco de atletas treinados em resistência em âmbito submáximo e um pré-requisito para o trabalho cardíaco sob carga máxima. É interessante notar que o volume cardíaco não apresenta correlação somente com o volume sistólico, com a concentração de oxigênio fornecida (menos a quantia de oxigênio consumida para o trabalho cardíaco), com o consumo máximo de oxigênio e com a capacidade de resistência, mas também com o volume total de sangue, com a quantidade total de hemoglobina, com a capilarização na musculatura, e com um intenso funcionamento hepático, devido ao fato do fígado ser um órgão central nas trocas metabólicas. Deste modo observa-se que o treinamento possibilita o aprimoramento dos parâmetros participantes do desempenho esportivo e da correlação harmônica entre os mesmos Fisiologia do Coração A função primária do sistema cardiovascular é a de levar sangue para os tecidos, fornecendo, dessa maneira, os nutrientes essenciais para o metabolismo das células, enquanto, ao mesmo tempo, remove os produtos finais de metabolismo das células [2]. O coração atua como uma bomba, ao se contrair, gerando a pressão necessária para deslocar o sangue ao longo da seqüência dos vasos sangüíneos. Os vasos que conduzem o sangue do coração para os tecidos são chamados de artérias. As artérias funcionam com pressão elevada e contém porcentagem pequena de volume sangüíneo. Já as veias são aquelas que conduzem o sangue dos tecidos de volta ao coração; estas funcionam com pressão baixa e contém a maior porcentagem do volume sangüíneo. As trocas de nutrientes de produtos finais do metabolismo e de líquido ocorrem através das paredes dos vasos capilares. Estes são vasos sangüíneos de paredes muito finas localizados nos tecidos [2]. 13

14 O sistema cardiovascular também participa de diversas funções homeostáticas, como: Regulação da pressão arterial; Entrega de hormônios reguladores, de seus locais de secreção, as glândulas endócrinas, a seus locais de ação, nos órgãos-alvo; Regulação da temperatura corporal; Está envolvido nos ajustes homeostáticos em estados fisiológicos alterados, como hemorragia, exercício e alterações posturais. O coração pode ser visto como uma bomba pulsátil, que possui fibras musculares especializadas na produção e condução de estímulos elétricos que promovem a contração sincronizada do músculo cardíaco e assim, impulsionando o sangue para a circulação dos pulmões e de todo o corpo. Para atuar como uma bomba, os ventrículos devem ser eletricamente ativados e, em seguida, contrair. No músculo cardíaco, a ativação elétrica se deve ao potencial de ação cardíaco que, normalmente, se origina do nodo sinoatrial (SA ou NSA). Os potenciais de ação, gerados no nodo SA são conduzidos para todo o miocárdio, em seqüência ordenada e temporalmente definida. A contração também segue uma seqüência ordenada. Esta seqüência é crítica, visto que os átrios devem ser ativados e contraídos antes dos ventrículos e, os ventrículos devem contrair, do ápice para a base, para a ejeção eficiente de sangue [2]. A Fig.1 ilustra um coração, mostrando suas partes principais. 14

15 Fig.1- As partes principais do coração Eletrocardiograma Nas células dos músculos do coração, a ativação elétrica acontece pela mesma razão que nas células nervosas, pelo fluxo de íons de sódio cruzando a membrana da célula. A amplitude também é similar (100 mv) para os nervos e músculos. A duração do impulso do músculo cardíaco é duas vezes superior que qualquer célula nervosa ou muscular do corpo humano. Uma fase de platô segue a despolarização cardíaca, e a seguir ocorre a repolarização que é conseqüência do fluxo de íons de potácio saindo pela membrana da célula. Associado a ativação elétrica das células do músculo cardíaco, existe a sua contração mecânica, que ocorre com um pequeno atraso [5]. Uma importante diferença entre os músculos cardíacos e os músculos comuns é que no músculo cardíaco a ativação pode se propagar de uma célula para qualquer outra 15

16 direção, por isso o sinal do coração possui uma onda característica de forma mais complexa. A única exceção é a barreira entre o átrio e os ventrículos, onde a ativação normalmente não pode atravessar visto que uma barreira não-condutora está presente [5]. A Fig.2 ilustra a eletrofisiologia da célula cardíaca. Direção de condução Tempo Despolarização Repolarização Restauração iônica Fig.2- Eletrofisiologia do coração O eletrocardiograma é a medida das pequenas diferenças de potencial que refletem a atividade elétrica do coração. Essas diferenças de potencial podem ser medidas, na superfície do corpo, em função das seqüências temporal e da despolarização e repolarização do coração. Observa-se que o miocárdio não é despolarizado a um só tempo [5]. Os átrios despolarizam antes dos ventrículos e estes despolarizam em seqüência definida. Os átrios repolarizam enquanto os ventrículos estão despolarizando e os ventrículos repolarizam em seqüência específica. Em virtude dessa seqüência e dos tempos da propagação e da repolarização, são produzidos no miocárdio diferenças de potencial entre as diversas regiões do coração, que podem ser detectadas por eletrodos colocados na superfície do tórax. 16

17 As diferentes formas de onda para cada uma das células especializadas encontradas no coração são demonstradas na Fig.3. As diferenças de tempo são referentes ao que é comumente encontrado em um coração saudável [2]. Para um estudo completo das formas de ondas, foi isolado um coração de um indivíduo que tinha tido morte cerebral, e que não apresentava nenhum histórico de doenças cardíacas. O coração foi removido somente 30 minutos após ser decretada a morte cerebral. Posteriormente, 870 eletrodos foram colocados nos músculos cardíacos e a atividade elétrica do coração foi gravada e reproduzida em papel, com uma resolução de amostragem de 1 ms [2]. A Fig.3 mostra o resultado destes dados. Os ventrículos são mostrados com a parede anterior e parte do ventrículo direito abertos; as superfícies isocrônicas mostram claramente que a ativação ventricular começa na parede interna do ventrículo esquerdo e procede radialmente para o epicárdio. Na parte terminal da ativação ventricular, a excitação procede mais tangencialmente. Este fenômeno e seus efeitos são utilizados no eletrocardiograma, para avaliação da saúde de um paciente [2]. Fig.3- Ondas do eletrocardiograma 17

18 As diversas ondas representam despolarizações ou repolarizações das diferentes partes do miocárdio e recebem rótulos por letras, como pode ser visto pela Fig.4. Os intervalos e os segmentos, entre essas ondas, também são identificados. A diferença entre intervalos e segmentos é a de que os intervalos incluem as ondas, enquanto os segmentos não o fazem. As seguintes ondas, intervalos e segmentos estão representados no ECG [5]: 1. Onda P: representa a despolarização dos átrios. A duração da onda P está correlacionada com o tempo de condução pelos átrios. Por exemplo, se a velocidade de condução ficar diminuída, a onda P aparecerá alargada; 2. Onda Q: representa a deflexão negativa inicial da despolarização ventricular; normalmente é uma onda pequena e negativa; 3. Onda R: primeira deflexão positiva. É geralmente mais pronunciada e positiva; 4. Onda S: deflexão negativa que segue a onda R. É similar à Q; 5. Intervalo PR: é o tempo decorrido, desde a despolarização inicial dos átrios até a despolarização inicial dos ventrículos. Assim, o intervalo PR inclui a onda P e o segmento PR, parte isoelétrica (em linha reta) do ECG. Normalmente, o intervalo PR é de 160ms, tempo da primeira despolarização dos átrios até a primeira despolarização dos ventrículos; 6. Complexo QRS: consiste em três ondas, Q, R e S. Em seu conjunto, essas ondas representam a despolarização dos ventrículos. A duração total do complexo QRS é semelhante à da onda P. Isso acontece pois os ventrículos despolarizam tão rapidamente quanto os átrios, visto que sua velocidade de condução é muito maior do que a do sistema condutor dos átrios; 7. Onda T: representa a repolarização dos ventrículos; 8. Intervalo QT: inclui o complexo QRS, o segmento ST e a onda T. Representa a primeira despolarização ventricular até a última repolarização ventricular. O segmento ST é um trecho isoelétrico do intervalo QT; 9. Onda U: raramente vista, ainda não se conhece seu significado. 18

19 Fig.4- Eletrocardiograma padrão A Aquisição e o Registro do Eletrocardiograma Os batimentos cardíacos geram um sinal elétrico que pode ser usado como ferramenta de diagnóstico para examinar algumas das funções do coração. Esses sinais podem ser captados através de quaisquer pontos com a mesma diferença de potencial da linha de campo elétrico do coração, como pulsos direito e esquerdo do paciente. Os amplificadores são bastante importantes na medida dos biopotenciais do corpo. Eles são necessários para aumentar a amplitude do sinal mantendo sua forma original. A função essencial dos amplificadores de biopotenciais é pegar um sinal original biológico elétrico, geralmente de baixíssima amplitude, e aumentá-la. Para que, posteriormente, seja possível o processamento, gravação, análise e a apresentação dos sinais capturados do corpo do indivíduo. 19

20 como: Os amplificadores de ECG possuem alguns requisitos para um bom funcionamento, Alta impedância de entrada; Alto CMRR; Alto ganho; Baixo ruído; Resposta em freqüência de 0,1 a 100Hz. O sinal captado diretamente do paciente possui uma diferença de potencial muito baixa, sendo necessário um circuito capaz de amplificar essa diferença de potencial, para que o sinal possa ser representado na forma de um ECG. Um ganho considerável seria maior ou igual a 500. Na tentativa de diminuir os ruídos existentes no circuito, é aconselhável utilizar baterias, ao invés da fonte de alimentação que gera mais ruído, principalmente 60 Hz. Além disso, em especial nesse projeto, o equipamento final deveria ser bastante pequeno, já que será carregado durante o exercício físico, reforçando a necessidade do uso de baterias. Dois exemplos do circuito de aquisição do ECG são descritos. O primeiro deles, visto na Fig. 5, mostra que o eletrodo da perna da pessoa é ligado à saída de um amplificador operacional auxiliar. Este feedback negativo aumenta a rejeição de modo comum, diminuindo os ruídos. Além disso, esse tipo de circuito proporciona maior segurança elétrica. Em caso de uma tensão entre o paciente e o terra, o amplificador auxiliar satura, isolando o paciente. Já na Fig.6, observa-se um circuito bastante similar, porém com a perna do indivíduo ligada diretamente no terra. 20

21 Fig.5- Circuito de amplificador do ECG Fig.6- Circuito mais simplificado de amplificador do ECG 21

22 A freqüência cardíaca é medida pela contagem dos complexos QRS por minuto [5]. O comprimento do ciclo é o intervalo R-R (período de tempo entre duas ondas R sucessivas). A freqüência cardíaca é relacionada à duração do ciclo da forma seguinte: Freqüência cardíaca = 1/ duração do ciclo (unidade bpm) As variações de freqüência cardíaca provocam variações na duração do potencial de ação e, por isso, alterações nas durações dos períodos refratários e da excitabilidade [2]. Se a freqüência cardíaca aumenta, ocorre redução da duração do potencial de ação. Não apenas serão gerados mais potenciais de ação, por unidade de tempo, como esses potenciais de ação terão menor duração e menores períodos refratários. Devido à relação entre freqüência cardíaca e período refratário, o aumento da freqüência cardíaca poderá ser fator para a gênese de arritmias, isto é, ritmos cardíacos anormais. À medida que a freqüência cardíaca aumenta e os períodos refratários encurtam, as células miocárdias passam a ficar excitáveis precocemente e com maior freqüência Transmissão via Rádio Neste projeto, a transmissão do eletrocardiograma adquirido da pessoa deve ser transmitido via rádio. Para esse tipo de transmissão faz-se necessário a modulação do sinal que se deseja transmitir. Para melhor entender essa teoria temos os seguintes conceitos: o sinal que contém a informação é dito sinal modulante e o sinal de alta freqüência é chamado de onda portadora. O resultado da interferência de um sinal sobre o outro é um terceiro sinal elétrico chamado sinal modulado e o processo que envolve a geração desse sinal a partir dos dois primeiros é conhecido por modulação. Resumindo, modulação é um processo que consiste em se alterar uma característica da onda portadora, proporcionalmente ao sinal modulante[4]. 22

23 A partir desse conceito de modulação, podemos dividir os sistemas de comunicação em dois grandes grupos: - um que usa portadora senoidal - outro que utiliza como portadora um trem de pulsos. Para portadora senoidal, há duas características alteráveis: a amplitude e a freqüência, gerando a modulação em amplitude AM (Amplitude Modulation) e a modulação em fase PM(Phase Modulation) ou em freqüência FM (Frequency Modulation). Devido a grande semelhança entre PM e FM, estas são classificadas como Modulação Angular. Na implementação do projeto deu-se a prioridade em utilizar a modulação do tipo Angular, já que esta é menos vulnerável aos ruídos. Esse tipo de modulação pode ser classificado em dois tipos[4]: - FM de Faixa Estreita Essa técnica é utilizada quando se necessita agrupar vários sinais modulados em FM em uma faixa relativamente restrita de freqüências, que consiste basicamente em limitar o índice de modulação para restringir a largura de faixa ocupada. - FM de Faixa Larga O processo consiste em escolher uma freqüência do gerador senoidal, suficientemente grande, para não causar problemas na filtragem do filtro mecânico e reduzir a amplitude da senóide a praticamente zero. Basicamente, existem dois métodos de se obter um sinal modulado em freqüência. Um deles age diretamente sobre a freqüência de ressonância de um circuito oscilador e outro método, indireto, é o sistema Armstrong de obtenção do sinal FM de Faixa Estreita, seguido de uma multiplicação de freqüência e heterodinação. Uma terceira alternativa 23