Circuito ECG: 7 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

Um ECG é um teste que mede a atividade elétrica do coração, registrando o ritmo e a atividade do coração. Ele funciona captando e lendo sinais do coração usando condutores conectados a uma máquina de eletrocardiógrafo. Este Instructable mostrará como construir um circuito que registra, filtra e exibe o sinal bioelétrico do coração. Este não é um dispositivo médico. Isso é para fins educacionais, usando apenas sinais simulados. Se estiver usando este circuito para medições reais de ECG, certifique-se de que o circuito e as conexões do circuito ao instrumento estejam utilizando técnicas de isolamento adequadas.

Este circuito contém três fases diferentes conectadas em série com um programa LabView. Os resistores no amplificador de instrumentação foram calculados com um ganho de 975 para garantir que os pequenos sinais do coração ainda possam ser captados pelo circuito. O filtro de entalhe remove o ruído de 60 Hz da tomada na parede. O filtro passa-baixa garante que o ruído de alta frequência seja removido do circuito para melhor detecção do sinal.

Antes de iniciar este Instrutível, seria útil se familiarizar com o Amplificador Operacional de Uso Geral uA741. Os diferentes pinos no amplificador operacional têm finalidades diferentes e o circuito não funcionará se eles estiverem conectados incorretamente. Conectar os pinos à placa de ensaio incorretamente também é uma maneira fácil de fritar o amplificador operacional e torná-lo não funcional. O link abaixo contém o esquema usado para os amplificadores operacionais neste instrutível.

Fonte da imagem:

Etapa 1: coletar materiais

Materiais necessários para todos os 3 estágios do filtro:

• Osciloscópio
• Gerador de funções
• Fonte de alimentação (+ 15V, -15V)
• Placa de ensaio sem solda
• Vários cabos banana e pinças de crocodilo
• Adesivos de eletrodo de ECG
• Vários cabos de ligação

Amplificador de instrumentação:

• 3 Op-amps (uA741)

• Resistores:

  • 1 kΩ x 3
  • 12 kΩ x 2
  • 39 kΩ x 2

Filtro Notch:

• 1 op-amp (uA741)

• Resistores:

  • 1,6 kΩ x 2
  • 417 kΩ

• Capacitores:

  • 100 nF x 2
  • 200 nF

Filtro passa-baixo:

• 1 Op-Amp (uA741)

• Resistores:

  • 23,8 kΩ
  • 43 kΩ

• Capacitores:

  • 22 nF
  • 47 nF

Etapa 2: construir amplificador de instrumentação

Os sinais biológicos geralmente emitem apenas tensões entre 0,2 e 2 mV [2]. Essas tensões são muito pequenas para serem analisadas no osciloscópio, então precisamos construir um amplificador.

Depois que seu circuito for construído, teste para ter certeza de que está funcionando corretamente medindo a tensão em Vout (mostrado como nó 2 na imagem acima). Usamos o gerador de função para enviar uma onda senoidal com uma tensão de amplitude de entrada de 20 mV para nosso amplificador de instrumentação. Qualquer coisa muito acima disso não fornecerá os resultados que você está procurando porque os amplificadores operacionais estavam obtendo apenas uma certa quantidade de potência de -15 e +15 V. Compare a saída do gerador de função com a saída de seu amplificador de instrumentação e procure um ganho próximo a 1000 V. (Vout / Vin deve estar muito próximo a 1000).

Dica para solução de problemas: certifique-se de que todos os resistores estejam na faixa de kΩ.

[2] “Condicionamento de sinal do eletrocardiograma de alto desempenho (ECG) | Educação | Dispositivos analógicos.” [Conectados]. Disponível: https://www.analog.com/en/education/education-library/articles/high-perf-electrocardiogram-signal-conditioning.html. [Acesso em: 10-dez-2017].]

Etapa 3: Construir Filtro Notch

Nosso filtro notch foi projetado para filtrar uma frequência de 60 Hz. Queremos filtrar os 60 Hz do nosso sinal porque essa é a frequência da corrente alternada encontrada nas tomadas elétricas.

Ao testar o filtro de entalhe, meça a proporção pico a pico entre os gráficos de entrada e saída. A 60 Hz, deve haver uma proporção de -20 dB ou melhor. Isso ocorre porque em -20 dB, a tensão de saída é essencialmente 0 V, o que significa que você filtrou com sucesso o sinal em 60 Hz! Teste as frequências em torno de 60 Hz também para ter certeza de que nenhuma outra frequência está sendo filtrada acidentalmente.

Dica para solução de problemas: se você não conseguir obter exatamente -20dB a 60 Hz, escolha um resistor e mude-o ligeiramente até obter os resultados desejados. Tivemos que brincar com o valor de R2 até obter os resultados que queríamos.

Etapa 4: construir filtro passa-baixa

Nosso filtro passa-baixas foi projetado com uma frequência de corte de 150 Hz. Escolhemos este ponto de corte porque a faixa mais ampla de diagnóstico para um ECG é de 0,05 Hz - 150 Hz, assumindo um ambiente imóvel e de baixo ruído [3]. O filtro passa-baixa é capaz de eliminar o ruído de alta frequência proveniente dos músculos ou de outras partes do corpo [4].

Para testar este circuito e garantir que está funcionando corretamente, meça Vout (mostrado como nó 1 no diagrama do circuito). A 150 Hz, a amplitude do sinal de saída deve ser 0,7 vezes a amplitude do sinal de entrada. Usamos um sinal de entrada de 1V para poder ver facilmente que nossa saída deveria ser 0,7 a 150 Hz.

Dicas para solução de problemas: contanto que sua frequência de corte esteja dentro de alguns Hz de 150 Hz, seu circuito ainda deve funcionar. Nosso corte acabou sendo de 153 Hz. O alcance dos sinais biológicos irá flutuar um pouco no corpo, então, desde que você não esteja fora de mais do que alguns Hz, seu circuito ainda deve funcionar.

[3] “Filtros de ECG | MEDTEQ.” [Conectados]. Disponível: https://www.medteq.info/med/ECGFilters. [Acesso em: 10-dez-2017].

[4] K. L. Venkatachalam, J. E. Herbrandson e S. J. Asirvatham, "Signals and Signal Processing for the Electrophysiologist: Part I: Electrogram Acquisition", Circ. Arrhythmia Electrophysiol., Vol. 4, não. 6, pp. 965–973, dezembro de 2011.

Etapa 5: Criar Programa LabView

[5] “BME 305 Design Lab Project“(outono de 2017).

Este diagrama de blocos labview é projetado para analisar o sinal que passa pelo programa, detectar picos de ECG, coletar a diferença de tempo entre os picos e calcular matematicamente o BPM. Ele também produz um gráfico da forma de onda de ECG.

Etapa 6: conecte todas as três fases

Conecte todos os três circuitos em série conectando a saída do amplificador de instrumentação à entrada do filtro de entalhe e a saída do filtro de entalhe à entrada do filtro de passagem baixa. Conecte a saída do filtro passa-baixo ao assistente DAQ e conecte o assistente DAQ ao computador. Ao conectar os circuitos, certifique-se de que as réguas de energia de cada placa de ensaio estejam conectadas e as réguas de aterramento estejam todas conectadas ao mesmo terminal de aterramento.

No amplificador de instrumentação, o segundo amplificador operacional precisa estar sem aterramento para que dois cabos de eletrodo que estão conectados ao sujeito de teste possam se conectar a um amplificador operacional diferente no primeiro estágio desse filtro.

Etapa 7: Obter sinais de um sujeito de teste humano

Um adesivo de eletrodo deve ser colocado em cada pulso e um deve ser colocado no tornozelo para aterramento. Use pinças de crocodilo para conectar os dois eletrodos de pulso às entradas do amplificador de instrumentação e o tornozelo ao aterramento. Quando estiver pronto, clique em “executar” no programa LabView e veja sua frequência cardíaca e ECG na tela!