instrumentação de sinais biológicos william záccaro gomes
TRANSCRIPT
Instrumentação de sinais biológicos
William Záccaro Gomes
Estrutura da apresentação
IntroduçãoPrincipais sinais biofísicos estudadosPrincipais componentes de projetoExemplo de instrumento Biomédico Conclusão
I - Introdução
Conceitos Básicos
Sinal:
Pode-se dizer que um sinal é a descrição quantitativa de um fenômeno que acontece em um ambiente qualquer.
Os sinais são funções de uma ou mais variáveis independentes e, tipicamente contêm informação acerca do comportamento ou natureza de um fenômeno físico.
Divisão Clássica da Eng. Biomédica
Eng. ClínicaEng. Médica
Bioengenharia
Campo de Aplicação
Campo de Aplicação
Bioengenharia:Trata da pesquisa básica de fenômenos e sistemas biológicos, visando gerar novos conhecimentos para diagnóstico, terapêutica e prevenção de doenças.
Engenharia Clínica:Área que engloba o desenvolvimento, produção e a avaliação de dispositivos e equipamentos médico hospitalares e de pesquisa.
Engenharia Médica:Determina rotinas de manutenção preventiva em instalações hospitalares, promove procedimentos de metrologia em sistemas médico hospitalares (calibração, aferição, substituição).
Princípios fisiológicos dos biopotenciais
- - - - - -
REPOUSO DESPOLARIZAÇÃO REPOLARIZAÇÃO
POTENCIAL DE
MEMBRANA
POTENCIAL DE
AÇÃO
+ + + - - - + + + + + + - - - + + + - - - - - ++ + + + + + - - - + + + - - - - - - + + + - - - + + + + + -
II – Sinais Biofísicos
Sinais bioelétricos: ECG, EEG, EMG, EOG.
Sinais biomagnéticos: MEG, MCG, Biossusceptibilidade.
Sinais biomecânicos: Pressão arterial, Força de contração muscular.
Sinais bioquímicos. Glicemia, Teor alcoólico sanguíneo, pH.
Aspectos de interesse dos biopotenciais
Duração Amplitude Freqüência
Padrões bem definidos
Diagnóstico
III – Principais componentes no projeto de um instrumento
Amplificadores de Instrumentação
Alto ganho (tipicamente entre 1 e 1000) Alta impedância de entrada (da ordem de 10 Mohms) Baixa impedância de saída Alta rejeição de tensão em modo comum (CMRR) Alta estabilidade do ganho em função da freqüência. Alta linearidade
Amplificadores de Instrumentação
Amplificador de Instrumentação AD620
Amplificadores de Isolamento
São amplificadores analógicos lineares que promovem isolamento galvânico entre sinal de entrada e saída.
O isolamento galvânico é assegurado através da modulação do sinal de entrada seguido de acoplamento indutivo ou ótico no primeiro estágio. O segundo estágio detecta o sinal acoplado e procede a demodulação.
Amplificadores de Isolamento
Simbologia
Filtros
Filtro Passa Altas Filtro Passa Baixas Filtro Passa Faixa Filtro Rejeita Faixa
Transdutores
Eletrodos de Biopotencial Transdutores à fibra ótica
pH Temperatura Pressão
Transdutores à semicondutores Pressão Temperatura
Eletrodos de biopotencial
Eletrodo metálico + solução iônica (gel)
Considerações adicionais
Ruído: Blindagem das fontes de ruído conhecidas. Blindagem dos estágios mais susceptíveis.
Segurança: Aterramento de todos os instrumentos em um
único ponto comum. Cuidado com os potenciais gerados pelo
instrumento nas interfaces (eletrodos, IHM).
IV – Exemplo de instrumento
Eletrocardiógrafo:
Instrumento não invasivo para a medição dos potenciais gerados pela contração e relaxamento do músculo cardíaco.
Propagação do potencial de ação no miocárdio
Interpretação do sinal de ECG
Onda P: despolarização do átrio. Intervalo PQ: região isoelétrica, atraso no nódulo átrio-ventricular. Complexo QRS: contração dos músculos dos ventrículos. Onda T: repolarização dos ventrículos.
Interpretação do sinal de ECG
Derivações do sinal de ECG
Potencial de diagnóstico do ECG
Características do Exame Baixo custo Não invasivo Baixo risco para o paciente Versatilidade de implementação (Holter, ECGAR)
Alterações metabólicas do organismo Alterações anatômicas do coração Cardiopatias Arritmias cardíacas
Potencial de diagnóstico do ECG
Níveis de tensão típicos: Amplitude QRS típica: 500 µV a 1,2 mV
Largura de banda: ECG clínico: 50 mHz a 100 Hz. Monitoraçãodo ECG (UTI, etc): 500 mHz a 50 Hz. Monitores para detecção de potenciais tardios: até 500
Hz. Medidores de freqüência cardíaca:
Maximizar a relação sinal/ruído para detectores de QRS.
V – Conclusão
Nível de complexidade dos transdutores. Características comuns em sinais biológicos:
Baixa amplitude. Baixa relação sinal ruído (SNR). Baixas freqüências.
V – Conclusão
Conclusão:
Instrumentos devem ser projetados de modo a se adaptarem com as restrições do projeto. Portabilidade Segurança Não invasividade Baixo custo
Espaço para dúvidas