Construa seu Próprio Monitor Cardíaco, um ECG simples

por **Caca Silva** Qui 28 Jun 2012 - 22:13

Este projeto vai ensinar você a criar o seu próprio dispositivo de monitoramento cardíaco, um ECG/EKG (eletrocardiógrafo) simples.
Nos Estados Unidos e no resto do mundo, milhões de pessoas perdem as suas vidas por problemas cardíacos. Estes problemas acompanham doenças como diabetes, estresse, etc. Antes de continuar a explicar a você o que eu fiz, gostaria de ALERTAR você. 500mA (mili-ampéres) em 220V irá destruir completamente o seu sistema nervoso (então alimente isso a partir de baterias!), verifique tudo duas vezes e a responsabilidade é toda sua.

OK! Eu acho que posso continuar agora. Este foi um trabalho estudantil de quando eu iniciei no campo da biomedicina. Para fazer o meu CV parecer melhor eu queria contruir alguma coisa nessa área e fiz um ECG. A primeira coisa que eu procurei fazer foi ir até o google.com e pesquisar por projetos similares. Lá eu encontrei um bom número de projetos sobre o assunto. Alguns para logar dados de pacientes com doenças cardíacas, alguns outros sistemas de monitoramento cardíaco futuristas e mais alguns feitos apenas por diversão, como o meu.

Vamos iniciar com a definição do que é um ECG e algumas coisas sobre ele (retirado de “Introduction to Medical Electronics Application”, por D. Jennings, A. Flint, BCH Turton, LDM Nokes):

“O coração humano pode ser considerado um grande músculo que bate apenas por contrações musculares. Conseqüentemente, estas contrações causam uma diferença de potencial. O estudo da medida do potencial produzido pelo músculo cardíaco é chamada de eletrocardiologia.
O campo despolarizante no coração é um vetor que altera a sua direção e magnitude através do ciclo cardíaco. A colocação de eletrodos na superfície do paciente determina a visão que será obtida desse vetor em função do tempo.

O esquema de posicionamento mais utilizada dos eletrodos é mostrada na Figura 1. Aqui, a diferença de potencial é medida entre os braços direito e esquedo, entre o braço direito e a perna esquerda e entre o braço esquerdo e a perna esquerda. Estas três medidas podem ser referenciadas como I, II e III, respectivamente. Este posicionamento foi desenvolvida por Einthiven, que determinou que conhecendo o estado das medidas dos sinais das ligações I e II, o sinal que ia ser visualizado em III poderia ser calculado. E este é o princípio básico do posicionamento das ligações do ECG: a partir dos vários recursos disponíveis, a despolarização do coração pode ser calculada.

Construa seu Próprio Monitor Cardíaco, um ECG simples 3lead_ecg

Conseqüentemente, o sinal do ECG mostra ao clínico as formas de ondas elétricas associadas com as contrações dos ventrículos e artérias. Apartir de um ECG, o clínico pode determinar o tempo das contrações dos ventrículos e artérias e avaliar a magnitude relativa das polarizações e despolarizações ventriculares e arteriais. Esta informação pode permitir a identificação de pequenos bloqueios do coração. Depois de um ataque cardíaco, o ECG do paciente mostra alterações de sincronismo e forma de ondas, transmitidas através dos tecidos musculares. Estas alterações são associadas com danos cardíacos causados pelo ataques do coração”.

Construa seu Próprio Monitor Cardíaco, um ECG simples Ecg_connection_diagram

Depois desta pequena introdução sobre o ECG, vamos falar da descrição eletrônica. A maneira mais simples de explicar como isso funciona é fazer um diagrama de blocos.
O sinal que vem do corpo inicia sendo amplificado (este sinal é muito pequeno e fraco, variando entre 0,5mV e 5,0mV), filtrado (para remover o ruído), amostrado (para amostrar eu preciso de um conversor Analógico/Digital, conhecido como ADC) e então envio ao computador através de uma interdace RS232 (uma interface sem fio ou qualquer outro tipo poderia ser escolhida, mas a RS232 é simples e rápida para desenvolver).

Os primeiros dois passos são mostrado na Figura 3.

Construa seu Próprio Monitor Cardíaco, um ECG simples Ecg_chain

Figura 3., Blocos ECG

Os amplificadores que nós usamos na engenharia de biomedicida, aquisição de dados ou qualquer outro lugar onde é interessante representar uma pequena flutuação de tensão sobreposto em um offset de tensão, são chamados amplificadores de Instrumentação. Estes amplificadores possuem uma grande CMMR (Commom Mode Rejection Ratio), o que significa que eles têm a habilidade de um amplificador diferencial em não passar (rejeitar) a parte do sinal que é comum nas entradas + e -. Os famosos produtores de amplificadores de instrumentação são a Texas Intruments e a Analog Devices. Eu utilizei um amplificador da segunda empresa, Analog Devices. O AD620, amplificador de intrumentação, e o OP97, amplificador operacional de alta precisão. Como eles precisam de uma fonte de tensão negativa, eu a gerei com o LTC1044 da Linear, conversor de tensão com chaveamento de capacitor, Figura 4. A tensão fornecida é 5V. O esquemático é mostrado na Figura 5, e mais detalhes sobre o seu funcionamento pode ser visto em seu datasheet.

Construa seu Próprio Monitor Cardíaco, um ECG simples Ltc1044

Figura 4., LTC1044, gerador de tensão negativa

Construa seu Próprio Monitor Cardíaco, um ECG simples Ecg_schematic

Figura 5., ECG Esquemático do ECG

Os ruídos podem vir das contrações musculares, interferências da rede na faixa de 50-60Hz, ruídos do contato dos eletrodos, ruídos vindo de qualquer outro dispositivo eletrônico, etc. O filtro para a aplicação do ECG deve ser um filtro de corte (passa-alta e passa-baixa). Ele deve filtrar a faixa de 0.5Hz até 50Hz. Eu criei um filtro simples RC passa-alta e passa-baixa, conectados em série (apenas dois capacitores e resistores).

Construa seu Próprio Monitor Cardíaco, um ECG simples Ecg_signal

Figura 6., Sinal do ECG

O ADC usado foi o interno da CPU Atmel, ATMega8. O código está aqui

Os resultados podem ser vistos nas figuras a seguir. Eu utilizei o LabView para ver o ECG do meu coração.