Projeto Integrador 3 | Eletrocardiógrafo
Introdução
Um eletrocardiograma é a reprodução gráfica da atividade elétrica do coração registrada por eletrodos posicionados em 3 regiões do corpo tradicionalmente, sendo elas, pulso direito e esquerdo e o terceiro eletrodo na perna direita, esse sinal é filtrado e amplificado através de um eletrocardiógrafo. O coração é uma bomba hidráulica ativada por estímulos elétricos com 4 cavidades e que a cada movimento, realiza uma alteração no fluxo sanguíneo. A contração das fibras musculares do coração é controlada por uma descarga elétrica que flui através de vias elétricas do sistema de condução, em uma velocidade controlada. A frequência cardíaca gira em torno de 60 a 100 batimentos por minuto. O que no sistema Internacional de Unidades corresponde entre 1Hz a 1,67Hz.
Desenvolvimento
Para o desenvolvimento do projeto foi analisado alguns pontos e seguido alguns passos importantes descritos a seguir. Na figura a seguir observamos três larguras de banda, a clinica vai de 0.05 a 100 Hz e a de monitoramento 0.5 Hz a 50 Hz, também observamos a frequência cardíaca centrada em 17 Hz (TOMPKINS, 1995).
Foi escolhido trabalhar com as frequências entre 0.5 Hz a 50 Hz, as mesmas utilizadas para aplicações de monitoramento. A razão pela qual foi escolhido trabalhar nesta faixa, dá-se pela implementação do filtro passa-alta resultar em um circuito com valores elevados, e um filtro passa-baixa de 50 Hz já excluiria a frequência da rede, entorno de 60 Hz, facilitando assim a realização do projeto pois não seria necessário utilizar um filtro notch.
Para a implementação desses foi utilizado dois filtro Butterwoth ordem dois de topologia VCVS, onde os componentes podem ser calculados a partir das seguintes fórmulas:
Para o calculo desses arbitrou-se o valor de capacitância para o filtro passa baixas e passa altas, C= 1,6 uF e C = 33 nF, respectivamente, e adquiriu-se os coeficientes 'a' e 'b' da tabela de filtros butterworth. Obtendo os seguintes resultados:
Na imagem abaixo é possível ver a topologia dos filtros com os valores calculados e em seguida para verificar o funcionamento do filtro antes do mesmo ser implementado na prática, foi traçada a curva de ganho pela frequência, como pode-se observar na imagem, a banda passante dos filtros em questão vai de mais ou menos 250mHz a 50Hz.
Ao ser implementado o fitro apresentou o comportamento da imagem a seguir.
Após a impementação do filtro, também foi feito algumas melhorias e adaptações como o acrescimo de um circuito para o offset, e em seguida o circuito amplificador com acionamento na perna direita, o circuito utilizado é o mesmo que esta disponibilizado no datashet do INA118, amplificador de instrumentação. O ganho do INA118 é dado de acordo com a fórmula dada abaixo.
Este circuito foi implementado para uma aquisição do sinal com pouco ruído. Como o sinal é muito baixo e há muitas fontes de ruídos utilizou-se o filtro passa faixa descrito. O layout da placa de captação do sinal e o layout da placa de filtros pode ser visto abaixo.
Um colega se dispôs a ser voluntário para teste dos circuitos. O resultado obtido pode ser visto abaixo.
É interessante salientar que apesar do circuito não estar ligado a rede a mesma cria muito ruído ao circuito. Para um sinal mais limpo foi necessário desligar as bancadas de energia e a luz do ambiente. Utilizou-se o formato AC para a captura deste sinal com o intuito de melhor visualização do mesmo. Porém ele possui um offset de 1.5V para que o microcontrolador possa receber seu sinal sem danifica-lo.
Com o auxilio de um Atemega328p e um módulo bluetooth o sinal foi enviado para tela do computador e mostrado através do software SerialPlot.
O sinal apresentou frequência de amostragem pequena para uma boa discretização do sinal. Com o intuito de deixar o sinal mais suave aumentou-se o número da frequência de amostragem no código, porém não ouve melhora significativa. Isso deve-se ao fato do bluetooth ser lento para receber as informações, deixando assim a saída com longos intervalos de tempo entre amostras.
Referências
TOMPKINS, W. J. Biomedical Digital Signal Processing. Upper Saddle River, New Jersey: Prentice Hall, 1995.
Por: Bruna Martini e Maria Negri