Monitor de ECG: 8 etapas

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

AVISO: 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.

Eletrocardiografia é o processo de registro de sinais elétricos gerados pelo coração de um paciente para obter informações sobre a atividade do coração. Para que o sinal elétrico seja capturado de forma eficaz, ele deve ser filtrado e amplificado por meio de componentes elétricos. As informações também devem ser apresentadas ao usuário de maneira clara e eficaz.

O Instructable a seguir descreve como construir o circuito de amplificação / filtragem, bem como uma interface de usuário. Envolve a construção de um amplificador de instrumentação, um filtro notch, um filtro passa-baixo e uma interface de usuário no LabVIEW.

A primeira etapa do processo é definir os requisitos do circuito analógico. Depois de definir os requisitos, são tomadas decisões sobre quais componentes primários constituirão o circuito. Posteriormente, detalhes menores são tratados a respeito das características desses componentes principais e, finalmente, a fase de projeto do circuito é concluída com a definição dos valores exatos de cada resistor e capacitor do circuito.

Etapa 1: Definindo Requisitos e Componentes Primários

O trabalho do circuito é amplificar o sinal de ECG gerado pelo paciente e filtrar todo o ruído associado. O sinal bruto consiste em uma forma de onda complexa com uma amplitude máxima de aproximadamente 2 mV e componentes de frequência na faixa de 100 Hz a 250 Hz no complexo QRS. Este é o sinal a ser amplificado e gravado.

Além desse sinal de interesse, o ruído é produzido a partir de várias fontes. As fontes de alimentação geram ruído de 60 Hz e o movimento do paciente produz artefatos na faixa de menos de 1 Hz. Mais ruído de alta frequência é introduzido pela radiação de fundo e sinais de telecomunicações, como telefones celulares e internet sem fio. Essa coleção de ruído é o sinal a ser filtrado.

O circuito deve primeiro amplificar o sinal bruto. Em seguida, ele deve filtrar o ruído de 60 Hz e qualquer outro ruído acima de 160 Hz. A filtragem de ruído de baixa frequência associada ao movimento do paciente é considerada desnecessária, pois o paciente pode simplesmente ser instruído a ficar parado.

Como o sinal é medido como a diferença de potencial entre dois eletrodos localizados no paciente, a amplificação é obtida por meio do uso de um amplificador de instrumentação. Um amplificador de diferença simples também pode ser usado, mas os amplificadores de instrumentação geralmente têm um desempenho melhor em relação à rejeição de ruído e tolerâncias. A filtragem de 60 Hz é obtida através do uso de um filtro notch, e o resto da filtragem de alta frequência é obtida através do uso de um filtro passa-baixa. Esses três elementos constituem todo o circuito analógico.

Conhecendo os três elementos do circuito, detalhes menores podem ser definidos em relação aos ganhos, frequências de corte e larguras de banda dos componentes.

O amplificador de instrumentação será configurado para um ganho de 670. Isso é grande o suficiente para gravar um pequeno sinal de ECG, mas também pequeno o suficiente para garantir que os amplificadores operacionais se comportem dentro de sua faixa linear ao testar o circuito com sinais próximos de 20 mV, como é o mínimo em alguns geradores de função.

O filtro de entalhe será centralizado em 60 Hz.

O filtro passa-baixo terá uma frequência de corte de 160 Hz. Isso ainda deve capturar a maioria do complexo QRS e rejeitar o ruído de fundo de alta frequência.

Etapa 2: amplificador de instrumentação

O esquema acima descreve o amplificador de instrumentação.

O amplificador possui dois estágios. O primeiro estágio consiste nos dois amplificadores operacionais à esquerda das imagens acima, e o segundo estágio consiste no único amplificador operacional à direita. O ganho de cada um deles pode ser modulado como quiser, mas decidimos construí-lo com um ganho de 670 V / V. Isso pode ser alcançado com os seguintes valores de resistência:

R1: 100 Ohms

R2: 3300 Ohms

R3: 100 Ohms

R4: 1000 Ohms

Etapa 3: Filtro de entalhe

O esquema acima descreve o filtro de entalhe. Este é um filtro ativo, então poderíamos escolher amplificá-lo ou atenuar um sinal se quiséssemos, mas já alcançamos toda a amplificação necessária, então escolhemos um ganho de um para este amplificador operacional. A frequência central deve ser 60 Hz e o fator de qualidade deve ser 8. Isso pode ser alcançado com os seguintes valores de componente:

R1: 503 Ohms

R2: 128612 Ohms

R3: 503 Ohms

C: 0,33 microFarads

Etapa 4: Filtro passa-baixo

Novamente, este é um filtro ativo, então podemos escolher qualquer ganho que quisermos, mas vamos escolher 1. Isso é feito transformando R4 acima em um curto-circuito e R3 em um circuito aberto. O resto é, como com os outros componentes, obtido usando nossos requisitos previamente definidos em combinação com as equações que regem os circuitos para obter os valores dos elementos individuais:

R1: 12056 Ohms

R2: 19873,6 Ohms

C1: 0,047 microFarads

C2: 0,1 microFarads

Etapa 5: projetar o circuito completo virtualmente

Projetar um circuito em um software de construção de circuito virtual como o PSPICE pode ser muito útil para detectar erros e solidificar planos antes de passar para a fabricação de circuitos analógicos reais. Neste ponto, pode-se capturar varreduras CA do circuito para garantir que tudo se comporte de acordo com o plano.

Etapa 6: construir o circuito completo

O circuito pode ser construído da maneira que você quiser, mas uma placa de ensaio foi escolhida para este caso.

A montagem em uma placa de ensaio é recomendada porque é mais fácil do que soldar, mas a soldagem daria mais durabilidade. Colocar um capacitor de desvio de 0,1 microFarad para aterrar em paralelo com a fonte de alimentação também é recomendado, pois isso ajuda a eliminar desvios indesejados da alimentação constante.

Etapa 7: Interface de usuário do LabVIEW

A interface de usuário do LabVIEW é um meio de conversão de sinais analógicos em representações visuais e numéricas do sinal de ECG que são fáceis de serem interpretadas pelo usuário. Uma placa DAQ é usada para converter o sinal de analógico em digital e os dados são importados para o LabVIEW.

O software é um programa baseado em objetos que auxilia no processamento de dados e na criação de interfaces. Os dados são primeiro representados visualmente pelo gráfico e, em seguida, algum processamento de sinal é executado a fim de determinar a frequência do batimento cardíaco para que possa ser exibido ao lado do gráfico.

Para determinar a freqüência da freqüência cardíaca, deve-se detectar os batimentos cardíacos. Isso pode ser realizado com o objeto de detecção de pico do Lab VIEW. O objeto produz os índices de picos na matriz de dados recebidos, que podem ser usados em cálculos para determinar o tempo que passa entre os batimentos cardíacos.

Como os detalhes do LabVIEW seriam um Instructable totalmente diferente, deixaremos os detalhes para outra fonte. O funcionamento exato do programa pode ser visto no diagrama de blocos apresentado acima.

Etapa 8: Interface de usuário final do LabVIEW

A interface do usuário final exibe um sinal amplificado, filtrado, convertido e processado junto com a leitura da frequência cardíaca em batimentos por minuto