ELETROCARDIOGRAMA ANUÁRIO DA PRODUÇÃO DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA DISCENTE. Gisele Soares Gonçalves Robson Mamédio Araujo Luciano Henrique Duque
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1 ELETROCARDIOGRAMA ANUÁRIO DA PRODUÇÃO DE INICIAÇÃO CIENTÍFICA DISCENTE Vol. 13, N. 17, Ano 2010 Gisele Soares Gonçalves Robson Mamédio Araujo Luciano Henrique Duque RESUMO Curso: Tecnologia em Sistemas de Telecomunicações FACULDADE DE NEGÓCIOS E TECNOLOGIAS DA INFORMAÇÃO Na Biomedicina e Bioengenharia os equipamentos que realizam os diagnósticos de batimentos cardíacos são conhecidos como eletrocardiograma. Esse artigo apresenta uma proposta de um sistema eletrônico que, possibilita analisar os batimentos cardíacos. A captação do sinal cardíaco é realizada com a utilização de eletrodos inseridos no corpo. O sinal captado apresenta valores de tensão baixos, inferiores á 1mv. Esse sinal é filtrado e amplificado com a utilização de amplificadores operacionais de alta sensibilidade e ganho. Após esse processo, as informações são enviadas para o computador e um software desenvolvido em Visual Basic faz análise do sinal e mostra em sua tela. Palavras-Chave: filtro; amplificador; eletrocardiograma. Anhanguera Educacional Ltda. Correspondência/Contato Alameda Maria Tereza, 2000 Valinhos, SP - CEP rc.ipade@unianhanguera.edu.br pic.ipade@unianhanguera.edu.br Coordenação Instituto de Pesquisas Aplicadas e Desenvolvimento Educacional - IPADE Publicação: 30 de junho de 2011 Trabalho realizado com o incentivo e fomento da Anhanguera Educacional 367
2 368 Eletrocardiograma 1. INTRODUÇÃO Em todo ambiente hospitalar a presença de equipamentos eletrônicos é fundamental, como o eletrocardiograma, aparelho este usado para medir a freqüência cardíaca em pessoas. O Eletrocardiograma é o registro extracelular das variações do potencial elétrico do músculo cardíaco em atividade e é medido por meio de um eletrocardiógrafo. O eletrocardiógrafo é um galvanômetro, (aparelho que mede a diferença de potencial entre dois pontos) que mede pequenas intensidades de corrente, recolhidas através de eletrodos (RAMOS; BOLIVAR, 2007). O eletrocardiograma apresentado nesse trabalho é fruto de uma pesquisa na área médica associada à eletrônica aplicada. Os sinais cardíacos geram impulsos elétricos que, através de eletrodos específicos são captados, filtrados e amplificados. O Software em Visual Basic é responsável pela tratativa dos sinais cardíacos, oferecendo informações acerca da função cardíaca, sendo visualizado na tela do computador. O ECG (Eletrocardiograma) proposto também fornece informações sobre os impulsos do coração, e estes impulsos coincidem com cada fase da estimulação cardíaca. 2. OBJETIVO O objetivo geral deste trabalho é desenvolver um protótipo eletrônico de um sistema capaz de medir e analisar as funções cardíacas, emitido os resultados em um computador, com a utilização de um software em Visual Basic. Os objetivos específicos pautados neste trabalho são: a) Projetar filtros e amplificadores de sinais utilizando a tecnologia dos amplificadores operacionais de alta sensibilidade; b) Desenvolver um software em Visual Basic para tratar e analisar os sinais cardíacos. 3. METODOLOGIA Para o desenvolvimento do projeto proposto, foi iniciada a montagem de um protótipo com a utilização da metodologia de simulação de circuitos, através do simulador Proteus (Proteus, 2010). Para facilitar a metodologia, o sistema foi divido em etapas, que são elas: A primeira etapa é realizada o desenvolvimento do filtro, que possui a função de filtrar os ruídos indesejáveis. A segunda etapa é projeto o amplificar dos sinais cardíacos, que apresenta a função de amplificar os sinais;na terceira etapa é apresentado o
3 Gisele Soares Gonçalves, Robson Mamédio Araujo, Luciano Henrique Duque 369 desenvolvimento do software que trata os sinais e mostra as informações no computador.após o término das etapas mencionadas acima, todos os módulos são testados e verificado seu funcionamento, tanto no simulador quando no protótipo montado. Para auxiliar e finalizar a metodologia dos testes, os equipamentos utilizados são: osciloscópio, multímetro e gerador de funções. 4. DESENVOLVIMENTO 4.1. Funcionamento do Coração Para se desenvolver o eletrocardiograma é necessário conhecer o coração. O coração humano é formado por três tipos de músculos: o músculo atrial, o músculo ventricular e as fibras musculares excitatórias e condutoras. No músculo atrial e ventricular a duração de contração é maior que nas fibras excitatórias e condutoras. As fibras musculares cardíacas possuem discos, que na verdade são membranas que delimitam a célula, interpostos entre cada fibra. Estes discos têm uma resistência elétrica muito pequena, permitindo que um potencial de ação percorra livremente entre as células do coração Figura 1. Fonte: (wikipedia.org, 2010). Figura 1. Músculo cardíaco observado em microscópio óptico. As células cardíacas sofrem processos de polarização e despolarização, denominados potencial de ação e potencial de repouso (RAMOS; BOLIVAR, 2007). O potencial de repouso ocorre quando não se tem sinais nervosos transmitidos, ou seja, as células cardíacas não recebem estímulos. Esse potencial tem um valor de cerca de -90mV no interior da célula. No potencial de ação ocorre o processo inverso, os impulsos nervosos são transmitidos através de uma rápida variação do potencial de repouso, ou seja, do potencial de negativo para o potencial de positivo, com isso a membrana muda sua polaridade e depois volta ao normal.
4 370 Eletrocardiograma Figura 2. Potencial de ação cardíaco. Fonte: (UNIFESP, 2010). O potencial de ação é divido em quatro fases, sendo a última a fase de repouso, conforme a Figura 2. O coração funciona como um dipolo elétrico Figura 3, que é composto por duas cargas elétricas, de valores iguais e sinais opostos, separadas por uma distância. Um dipolo terá um campo elétrico, e seus efeitos podem ser capturados através de eletrodos. Fonte: (UNIFESP, 2010). Figura 3. Dipolo elétrico. O Circuito do eletrocardiograma é mostrado na Figura 4 que consiste em Amplificador diferencial tendo como componente principal o circuito integrado TLC274 da Texas instruments (TLC274 - Texas Instruments, 2010) que possui uma alta impedância de entrada possibilitando a captura de sinais cardíacos, com filtros RC na entrada para eliminar ruídos externos indesejáveis e outro filtro RC depois do comparador analógico para garantir a passagem dos sinais cardíacos puros para análise.
5 Gisele Soares Gonçalves, Robson Mamédio Araujo, Luciano Henrique Duque 371 Figura 4. Esquema do ECG. Fonte: (adaptado de TLC274, 2010). O filtro de RC pode ser obtido através da equação 1: (1) Onde: f - é a frequência de corte. R - Resistência em Ω. C - Capacitância em f. Para a captação dos sinais cardíacos é necessário o uso de eletrodos para ECG (Eletro Encéfalo Grama) colocados nos braços e o terra na perna para uma melhor captura dos sinais. Os sinais produzidos pelos batimentos cardíacos se propagam através do corpo onde ao atingirem os eletrodos são enviados para o amplificador diferencial que os amplificam e filtram deixando passar apenas os sinais cardíacos para uma análise futura. O ganho do amplificador precisa ser alto, pois os sinais cardíacos são muito pequenos e fracos, variando entre 0,5mV e 5,0mV. Na Figura 5 está esquematizada a forma de ligação dos eletrodos no corpo humano para fazer as medições.
6 372 Eletrocardiograma Figura 5. Forma de ligação dos eletrodos de ECG. Fonte: (Eletronica.org, 2010). 5. RESULTADOS Com base nos estudos dos sinais de eletrocardiograma medidos com o amplificador de ECG o mesmo apresentou amplitude e forma de onda igual às dos eletrocardiógrafos profissionais, vistos no osciloscópio. O nível de ruído apresentado também foi significante, pois o amplificador é muito sensível a ruídos externos como motores elétricos, rádios transmissores, carros, motos e outros, podendo comprometer a medição. 6. CONSIDERAÇÕES FINAIS Este projeto atingiu as expectativas, mas o seu uso em locais ruidosos afetou a medição dos sinais cardíacos tendo em vista que o amplificador de ECG é muito sensível a captação de ruídos externos levando em consideração que o corpo humano se comporta como uma antena captando todos os tipos de sinais no meio ambiente. É aconselhável o uso do ECG em locais blindados como uma gaiola de Farady ou o mais longe possível de qualquer fonte de sinais eletromagnéticos intensos. No entanto, como o trabalho está na fase de desenvolvimento do software em Visual Basic. Nesse cenário, os testes de medidas dos sinais cardíacos são realizados com o auxílio de um osciloscópio, permitindo visualizar os sinais. REFERÊNCIAS ELETRONICA.ORG. Construa seu próprio monitor cardíaco, um ECG simples. Disponível em: < Acesso em: abr
7 Gisele Soares Gonçalves, Robson Mamédio Araujo, Luciano Henrique Duque 373 PROTEUS - LABCENTER ELECTRONICS : professional PCB design and simulation. Disponível em: < Acesso em: ago RAMOS, P., A.; BOLIVAR, S., S. Eletrocardiograma: princípios, conceitos e aplicações, Tese de Doutorado, Engenharia Elétrica, Universidade de Brasília. TLC274 - TEXAS INSTRUMENTS. Fabricante de componentes eletrônicos. Disponível em: < Acesso em: abr UNIFESP. Ministério da Educação. Disponível em: < Acesso em: abr WIKIPÉDIA.ORG. Musculo cardíaco. Disponível em: < >. Acesso em: abr
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