DESENVOLVIMENTO DE UM ELETROCARDIOGRAMA SEM

DESENVOLVIMENTO DE UM ELETROCARDIOGRAMA SEM FIO
Giovana Ramos Cardoso
Felipe Cavalaro
Universidade São Francisco
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Resumo: De acordo com as informações da Organização Mundial de Saúde, 140 mil
pessoas morrem anualmente no Brasil devido às doenças do coração e cerca de 90%
dessas mortes poderiam ser evitadas com um diagnóstico básico como o
eletrocardiograma, seguido de tratamento e um acompanhamento médico. O
eletrocardiograma é um exame que avalia a atividade do músculo cardíaco e detecta
possíveis alterações e distúrbios que possam comprometer a prática regular de
determinadas atividades físicas. Podendo prevenir ataque do coração, falta de fluxo
sanguíneo no músculo cardíaco, batimento irregular do coração e falta de força no
bombeamento do coração. Com isso, este projeto tem o objetivo de desenvolver
eletrocardiograma sem fio. Para efetuar esse projeto será desenvolvida uma placa que
captura os sinais biológicos e os dados coletados serão enviados via bluetooth para
um computador que mostra as informações para o médico. Até o momento foi criado
os circuitos separados, ou seja, o monitor cardíaco e a circuito de comunicação, nos
próximas etapas serão agrupados formando uma única placa. Com isso, com a
conclusão do projeto em desenvolvimento espera-se tornar uma grande ferramenta
médica, onde pode evitar diversos óbitos ou até sequelas provocadas por doenças
cardíacas.
Palavras-Chave: eletrocardiograma, arduino, ECG.
Apoio financeiro: sem apoio
Bolsista de Iniciação Científica: Voluntário PROBAIC/USF
Introdução
De acordo com as informações da Organização Mundial de Saúde, 140 mil
pessoas morrem anualmente no Brasil devido às doenças do coração e cerca de 90%
dessas mortes poderiam ser evitadas com um diagnóstico básico como o
eletrocardiograma, seguido de tratamento e um acompanhamento médico. A avaliação
cardiológica a cada ano, acompanhada de um eletrocardiograma bem interpretado, de
pacientes acima de 40 anos com história familiar de doença do coração ou fatores de
risco importantes, pode prevenir os eventos fatais (GOMES; LONCAROVICH, 2011).
A Medicina usa o termo sinal para indicar quaisquer mudanças patológicas de
natureza fisiológica ou morfológica. Na engenharia define-se como sinal qualquer
evento que carregue informação e é nessa direção que os sinais biológicos passaram
a ser definidos, mais especificadamente o termo sinal biológico se refere às alterações
temporais que ocorrem em alguma forma de energia no corpo humano, como
resultado de seu funcionamento.
O organismo emite sinais das mais variadas naturezas, entretanto, somente
alguns têm um valor diagnóstico. Alguns sinais variam no tempo de forma lenta e
algumas de forma muito rápida. E a energia física envolvida em um sinal biológico
pode ser de natureza elétrica ou não elétrica.
O eletrocardiograma é um exame que avalia a atividade do músculo cardíaco e
detecta possíveis alterações e distúrbios que possam comprometer a prática regular
de determinadas atividades físicas. Podendo prevenir ataque do coração, falta de fluxo
sanguíneo no músculo cardíaco, batimento irregular do coração e falta de força no
bombeamento do coração. Pode também revelar músculo cardíaco muito grosso ou
partes do coração muito grandes, defeitos de nascença no coração e doença nas
válvulas cardíacas.
Um eletrocardiograma deve ser realizado em repouso ou em esforço porque
uma pessoa quando submetida ao esforço pode apresentar alterações significativas
onde em repouso não apresentaria. O eletrocardiograma funciona da seguinte forma,
são enviados sinais elétricos para fazer o músculo cardíaco contrair, quando o coração
contrai, bombeia sangue para o resto do corpo, com esse princípio é possível mostra a
rapidez das batidas do coração e seu ritmo. Ele ainda registra a força e ritmo dos
sinais elétricos à medida que eles passam por cada parte do coração. Os registros do
eletrocardiograma podem ajudar os médicos a diagnosticarem um ataque cardíaco
que está acontecendo ou que ocorreu no passado.
O eletrocardiograma é um exame de diagnóstico mais utilizado na prática
cardiológica por ser seguro, de baixo custo, eficaz, indolor, não invasivo, reprodutível e
de fácil manuseio quando comparado a outros métodos.
Entre as tecnologias utilizadas atualmente estão crescendo o uso dos
dispositivos médicos leves e móveis. Essa tecnologia que proporciona uma melhor
qualidade de vida e a humanização do atendimento aos pacientes, reduzindo risco de
infecção hospitalar e a diminuição dos custos relacionados ao atendimento. Outra
vantagem é a ampliação do número de vagas nos hospitais, já que a internação para
investigação diagnóstica ou tratamento de doenças crônicas deixa de serem
necessárias, assim as vagas podem ser reservadas para casos de alta complexidade.
Com isso, o objetivo deste projeto é desenvolver um equipamento que efetue a
aquisição do sinal biológico, especificamente um eletrocardiograma que utilize a
tecnologia sem fio, proporcionando mais mobilidade para o paciente efetuar o exame.
Método
Foi pesquisado o processo de aquisição de sinais biológicos e de acordo com
Rocha et. al (2016), a construção de um sinal digital a partir de um sinal analógico é
constituída de três passos distintos: a transdução/captação, o condicionamento e a
digitalização. O primeiro passo é a captação do sinal e a transdução para a forma
elétrica. Depois é necessário condicionar o sinal transduzido para um formato
adequado para a digitalização. No processo de condicionamento do sinal, geralmente
são implementadas operações como amplificação e filtragem analógica do sinal.
Finalmente, o sinal é digitalizado por meio de uma interface analógico/digital e o
resultado é uma sequência de amostras que são armazenadas em uma memória para
processamento posterior. A digitalização é subdividida em duas etapas: a
discretização temporal, denominada “amostragem”, e a discretização de amplitude,
denominada “quantização”. O sinal digital é representado por um conjunto de amostras
quantizadas onde cada amostra é constituída por uma palavra digital, que é um
número correspondente à amplitude do sinal. A palavra digital é discriminada em
termos de bytes. É comum digitalizar sinais eletrofisiológicos com comprimento de
palavra digital de dois bytes por cada amostra. A Figura 1 mostra graficamente como
pode ser visualizado um sinal digital e compara esta representação com a analógica.
Observe que a representação discreta no tempo (digital) é entendida pelo processador
de sinais como se fosse uma sequência de números inteiros armazenados
sequencialmente em uma memória.
Dessa forma, foi feito teste de um circuito simples contendo um amplificado
operacional, que segundo AMORIM (2010) o Amplificador Operacional (AOP) é um
amplificador multiestágio com entrada diferencial cujas características se aproximam
das de um amplificador ideal. As características de um amplificador operacional são:
impedância de entrada infinita; impedância de saída nula; ganho de tensão infinito;
resposta de frequência infinita e insensibilidade à temperatura.
AMORIM (2010) complementa que basicamente o amplificador operacional
pode funcionar em três modos: sem realimentação, realimentação positiva e
realimentação negativa.
D’AMORE (2016) afirma que a necessidade de amplificadores com ganho
estável em unidades repetidoras em linhas telefônicas levou o Eng. Harold Black à
criação da técnica denominada realimentação negativa em 1928. A técnica consiste
em combinar parte do sinal da saída do amplificador ao sinal aplicado a sua entrada,
gerando, assim, um sinal de erro. Os resultados mais significativos da realimentação
negativa são a redução da tolerância no valor do ganho, a redução da distorção, a
redução da impedância de saída e o aumento da impedância de entrada.
No circuito também podemos verificar a existem de um filtro, pois para
PEREIRA (2013), para extrair o conteúdo de informação fundamental de um sinal é
necessário um dispositivo que selecione as frequências de interesse que compõe o
sinal. Este dispositivo é denominando de filtro, cuja resposta em frequência é
caracterizada por uma faixa de passagem, por uma faixa de rejeição, as quais estão
separadas por uma faixa de transição ou faixa de guarda. Sinais com frequência
dentro da faixa de passagem são recuperados com pouca ou nenhuma distorção, ao
passo que aqueles sinais que têm frequências dentro da faixa de rejeição são
efetivamente atenuados. Desta forma, os filtros podem ser do tipo passa baixas, passa
altas, passa faixa ou rejeita faixa.
De acordo com LOMBARDI (2010), dos filtros passivos o filtro passa baixa é
constituído por um circuito RC série em que a tensão de saída está sobre o capacitor.
Para ondas senoidais de frequências baixas, a reatância capacitiva assume valores
altos em comparação com o valor de resistência, dessa maneira a tensão de saída
será praticamente igual à tensão de entrada. Para frequências altas, a reatância
capacitiva assume valores baixos em comparação com o valor da resistência,
atenuando a tensão de saída para um valor praticamente nulo. Dessa maneira, o filtro
permite a passagem de sinais de frequências baixas, sendo por isso denominado filtro
passa-baixa.
O amplificador operacional e o filtro passa baixa pode ser visualizado na Figura
1 abaixo.
Figura 1: Esquema eletrônico do circuito simples com amplificador operacional
Após montar-se o circuito na protoboard e fazer a leitura no osciloscópio
(Figura 2), observou-se que o filtro passa baixa não foi suficiente, o sinal apresentou
muito ruído, mostrando que o circuito é ineficiente para capturar esse tipo de
informação.
Figura 2: Circuito simples montado na protoboard
Em pesquisas realizadas, também se encontrou alguns circuitos que
prometiam um monitor cardíaco através de um LDR (diodo dependente de luz), o LDR
possui uma interessante característica de ser um componente eletrônico cuja
resistência elétrica diminui quando sobre ele incide energia luminosa. Isto possibilita a
utilização deste componente para desenvolver um sensor que é ativado quando sobre
ele incidir energia luminosa. Dessa forma, sua resistência varia de forma inversamente
proporcional à quantidade de luz incidente sobre ele. O circuito pode ser observado na
Figura 3.
Figura 3: Esquema eletrônico circuito do monitor cardíaco
Para NOVA ELETRONICA (2016), a frequência cardíaca ou ritmo cardíaco é o
número de batimentos do coração por unidade de tempo, geralmente expresso em
batimentos por minuto ou bpm. A frequência cardíaca pode ser medida manualmente
através da leitura da pulsação nos pulsos, pescoço, pernas, etc.
Mas os batimentos do coração também pode ser medida eletronicamente pelo
eletrocardiograma ou monitor cardíaco. Após montar-se o circuito na protoboard e
fazer a leitura no osciloscópio (Figura 4), observou-se que a aquisição do pulso foi
obtida com sucesso.
Figura 4: Circuito do monitor cardíaco montado na protoboard
Resultados/Discussão
Após a montagem dos circuitos observou-se que o monitor cardíaco está
coletando o sinal como esperado, o circuito simples com amplificador operacional não
apresentou bom rendimento por não conter um filtro para remover o ruído, com isso,
foi descartado o seu uso.
Agora é necessário fazer essa coleta através do módulo Arduino através de
uma porta analógica e enviar via bluetooth para um computador, para que seja
mostrado em um software.
Conclusão/Considerações finais
Conclui-se que o projeto tornou-se ainda mais de baixo custo devido a mudança
de uma placa receptora e outra coletora por somente uma placa que coleta e envia
diretamente ao computador.
Pode-se concluir também que o projeto em desenvolvimento pode se tornar uma
grande ferramenta médica, onde pode evitar diversos óbitos ou até sequelas
provocadas por doenças cardíacas.
Referências
AMORIM, Carlos A. P. Amplificadores Operacionais. Unesp. Disponível em:
http://www.netsoft.inf.br/aulas/EAC_Curso_Eletronica_Aplicada/3__Amplificador_Oper
acional.pdf. Acesso em: 20/03/2016.
D’AMORE, Roberto. Realimentação negativa em amplificadores. Disponível em:
http://www.ele.ita.br/~eloif/graduacao/EEA_46/L2_Realmimentacao.pdf. Acesso em:
20/03/2016.
GOMES, Paulo A. L.; LONCAROVICH, Karina da Paz. Análise da Lógica Descritiva
como Recurso Informacional: Um exemplo de Aplicação na Cardiologia. RECIIS –
R. Eletr. de Com. Inf. Inov. Saúde. Rio de Janeiro, v5, n.1, p.108-120, Mar., 2011.
LOMBARDI, Alvaro C. O. Filtro passa baixa e passa alta. Faculdade de Engenharia
de
Resende.
Disponível
em:
http://ww.aedb.br/faculdades/eng/Downloads/3_ano/Filtros_P_B_P_A.pdf. Acesso em:
20/03/2016.
NOVA ELETRÔNICA. Circuito Monitor de Batimentos Cardíacos. Disponível em:
http://blog.novaeletronica.com.br/circuito-monitor-de-batimentos-cardiacos/.
Acesso
em 19/03/2016.
PEREIRA,
Luis
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A.
Sistemas
e
Sinais.
UFRGS.
Disponível
http://www.ece.ufrgs.br/~eng04006/aulas/aula23.pdf. Acesso em: 20/03/2016.
em:
ROCHA, Adson F.; et. Al. Processamento de sinais biológicos. Disponível em:
http://www.ene.unb.br/joaoluiz/pdf/adson-psb-capitulo.pdf. Acesso em 15/01/2016.