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AVALIACcedilAtildeO laquoIN VITROraquo E laquoIN VIVOraquo DE BIOELEacuteTRODOS INOVADORES PARA DETECcedilAtildeO
DE SINAIS DE EEG
VANESSA ALEXANDRA TEIXEIRA PESTANA DISSERTACcedilAtildeO DE MESTRADO APRESENTADA Agrave FACULDADE DE ENGENHARIA DA UNIVERSIDADE DO PORTO EM AacuteREA CIENTIacuteFICA
M 2016
Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
AVALIACcedilAtildeO laquoIN VITROraquo E laquoIN VIVOraquo DE BIOELEacuteTRODOS INOVADORES PARA
DETECcedilAtildeO DE SINAIS DE EEG
Vanessa Alexandra Teixeira Pestana
RELATOacuteRIO FINAL ndash DISSERTACcedilAtildeO
Dissertaccedilatildeo realizada no acircmbito do
Mestrado em engenharia biomeacutedica
Orientador Prof Dr Joseacute Carlos Magalhatildees Duque da Fonseca
Coorientador Prof Dr Diamantino Rui da Silva Freitas
Julho 2016
copy Vanessa Teixeira 2016
i
Resumo
Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de bioeleacutetrodos inovadores para
monitorizaccedilatildeo da atividade eleacutetrica cerebral Estes dispensam a utilizaccedilatildeo de geacuteis eletroliacuteticos
conseguindo assim superar as desvantagens dos eleacutetrodos secos ao manterem um contacto huacutemido
atraveacutes de uma soluccedilatildeo hidratante com o escalpe
Esta dissertaccedilatildeo eacute uma das etapas finais do projeto ldquoWICKEEGrdquo projeto tal que se encontra
dividido em trecircs etapas a primeira passa pela produccedilatildeo de uma estrutura porosa (Wick) que serviraacute
de base ao eleacutetrodo seguida pelo desenvolvimento e teste de uma formulaccedilatildeo hidratante com vista
agrave transmissatildeo eficaz do sinal finalmente satildeo efetuados os testes laquoIn vitroraquo e laquoIn vivoraquo do eleacutetrodo
dando-se entatildeo ecircnfase ao processamento do sinal de modo a estabelecer uma comparaccedilatildeo objetiva
com os eleacutetrodos tradicionais
A primeira etapa jaacute se encontra concluiacuteda estando em curso a realizaccedilatildeo das duas etapas
seguintes
Seratildeo entatildeo apresentadas as teacutecnicas e os princiacutepios teoacutericos que levaram ao desenvolvimento
deste projeto assim como os resultados dos testes de desempenho e a sua comparaccedilatildeo com os
eleacutetrodos tradicionais Para isso foram testadas trecircs soluccedilotildees hidratantes com composiccedilotildees distintas
tendo sido os eleacutetrodos testados tanto laquoIn vitroraquo como laquoIn vivoraquo
Os ensaios laquoIn vitroraquo consistiram na mediccedilatildeo da deriva do potencial eleacutetrico dos eleacutetrodos o
ruiacutedo eleacutetrico produzido pelo proacuteprio eleacutetrodo e a mediccedilatildeo da impedacircncia eletroquiacutemica nas
diferentes soluccedilotildees De seguida foram realizados os ensaios laquoIn vivoraquo em 8 voluntaacuterios saudaacuteveis
estes testes foram efetuados na zona anterior da tiacutebia nas mesmas condiccedilotildees Concluiu-se entatildeo que
a soluccedilatildeo contendo 3 de Tween-80 e 10 de propilenoglicol seria a mais adequada para a utilizaccedilatildeo
em ensaios de aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos Deste modo jaacute na parte final do projeto
captaram-se os sinais de EEG em dois voluntaacuterios ao longo de aproximadamente 1 minuto de forma a
comprovar a eficaacutecia do novo conceito de eleacutetrodo desenvolvido Dando como resultado aquisiccedilotildees
bastante promissoras
Palavras-chave Bioeleacutetrodo espectroscopia de impedacircncia ruiacutedo eletroquiacutemico densidade
espectral processamento de sinal EEG
ii
iii
Abstract
This work aims at the development of innovative bioeleacutetrodos for monitoring brain electrical
activity These donrsquot require the use of electrolytic gels thus achieving overcome the disadvantages
of the dried electrodes to maintain a wet contact through a hydrating solution with the scalp
This work was developed within the project WICKEEG This project was divided in three
stages the first involved the production of a porous structure (wick) that is the core structure of
the device then skin moisturizing formulations were developed for the effective transmission of the
signal within the porous structure finally electrode laquoIn vitroraquo and laquoIn vivoraquo tests will be carried on
emphasizing the signal processing being used to establish an objective comparison with traditional
electrodes
The first step has already been completed and the ongoing work focuses on the hydrating
choice and electrode testing
This report will present the techniques and theoretical principles that led to the
development of this project as well as the results of laquoIn vitroraquo tests and its comparison with
traditional electrodes For that they were tested three moisturizing solutions with different
compositions having the electrodes tested both laquoin vitroraquo as laquoin vivoraquo
The laquoIn vitroraquo tests consisted of measuring the electrical potential of the drift of the
electrodes the electric noise produced by the electrode itself and the measurement of
electrochemical impedance in different solutions Then the laquoin vivoraquo trials were performed on 8
healthy volunteers these tests were performed in the anterior zone of the tibia under the same
conditions It was therefore concluded that the solution with 3 of Tween-80 and 10 of
propilenoglicol is the most appropriate for use in assays of EEG signals acquisition Thus in the final
part of the thesis was acquired EEG signals in 2 healthy volunteers over approximately 1 minute in
order to prove the effectiveness of the new electrode concept Resulting on very promising
acquisitions
Keywords bioelectrode impedance spectroscopy biochemical noise power spectral density signal
processing EEG
iv
v
Agradecimentos
Eacute com muita satisfaccedilatildeo que expresso aqui o mais profundo agradecimento a todos aqueles que
tornaram a realizaccedilatildeo deste trabalho possiacutevel
Gostaria antes de mais de agradecer ao meu orientador Prof Dr Joseacute Carlos Magalhatildees Duque
da Fonseca e ao Prof Dr Diamantino Rui da Silva Freitas coorientador da tese pela disponibilidade
pelos conhecimentos transmitidos pelas opiniotildees e criacuteticas e pela dedicaccedilatildeo e incentivo demonstrado
ao longo de todas as fases do projeto
A todos os colegas e pessoas que participaram neste estudo e sem os quais esta investigaccedilatildeo natildeo
teria sido possiacutevel
Agraves minhas amigas Inecircs Seco e Luzia Lampreia pelo companheirismo forccedila e apoio nos momentos
difiacuteceis
Agrave minha matildee por acreditar em mim e estar sempre presente por viver para me proteger pela
preocupaccedilatildeo amizade e apoio incondicional pela forccedila e garra que sempre demonstrou sendo por
isso o meu motivo de orgulho e modelo a seguir
Ao meu pai quem sempre me apoiou e transmitiu valores muito importantes por me ter ensinado
os aspetos da vida que realmente importam pela serenidade e paciecircncia que sempre demonstrou
por escutar sem julgar e sobretudo pela confianccedila e liberdade que sempre me concedeu
Estar-lhes-ei sempre grata pelos sacrifiacutecios que fizeram por mim
Ao meu mano por ser o meu confidente por me apoiar e dar na cabeccedila quando merecia por
cuidar de mim a toda hora e estar sempre disponiacutevel
Agrave minha avoacute Florinda que mesmo estando longe nesta fase da minha vida demonstrou que o
carinho quebra barreiras Quero agradecer-lhe pelo amor e pela forccedila que me ofereceu
vii
Iacutendice
Resumo i
Abstract iii
Agradecimentos v
Iacutendice vii
Lista de figuras ix
Lista de tabelas xiii
Abreviaturas e Siacutembolos xv
Capiacutetulo 1 Introduccedilatildeo 1
Capiacutetulo 2 Enquadramento teoacuterico 7 21 Sistema nervoso 7 211 Propagaccedilatildeo do sinal 8 22 Aquisiccedilatildeo do sinal 9 221 Eleacutetrodos 10 2211 Eleacutetrodos invasivos 11 2212 Eleacutetrodos natildeo invasivos 11 23 Interface do eleacutetrodo com a pele 12 231 Hidrataccedilatildeo da pele 13 2311 O gel para utilizaccedilatildeo com os eleacutetrodos 13 24 Teacutecnicas de revestimento da prata com cloreto de prata 14 25 Novo conceito de eleacutetrodo 15 26 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico 15 261 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio do tempo RMS e Deriva do potencial 18 262 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio das frequecircncias Densidade espectral 18 27 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo da impedacircncia 19
Capiacutetulo 3 Materiais e meacutetodos 23 31 Preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes 23 32 Produccedilatildeo dos novos eleacutetrodos 24 321 Produccedilatildeo da estrutura porosa de policarbonato 24 322 Preparaccedilatildeo dos eleacutetrodos de pratacloreto de prata 24 323 Montagem dos eleacutetrodos 25 33 Preparaccedilatildeo dos ensaios 25 34 Condiccedilotildees dos ensaios 25 341 Ensaios laquoIn vitroraquo 26 3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito 26 3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito 26
viii
342 Ensaios laquoIn vivoraquo 27 3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele 27 3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele 28 3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos 28 35 Implementaccedilatildeo em Matlab 29
Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos 31 41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo 31 411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos eleacutetrodos 31 412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na resposta ao
sistema 34 42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo 37
Capiacutetulo 5 Conclusotildees 47
Referecircncias 49
Anexos 51
ix
Lista de figuras
Figura 1 Eleacutetrodo de superfiacutecie comercial (Eleacutetrodo de controlo) 4
Figura 2 Corte transversal do bioeleacutetrodo de superfiacutecie em estudo com reservatoacuterio para a soluccedilatildeo hidratante 4
Figura 3 Representaccedilatildeo do fluxo ioacutenico durante o potencial de accedilatildeo (Adaptado de [16]) 8
Figura 4 Diagrama de blocos representativo de um sistema para aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos 9
Figura 5 Sistema internacional 10-20 para a colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos em EEG (Adaptado de [17]) 10
Figura 6 Representaccedilatildeo das ondas eletroencefalograacuteficas registadas durante um exame de EEG [5] 10
Figura 7 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da interface com a pele e o seu modelo de circuito eletroacutenico equivalente Adaptado de [14] 12
Figura 8 Eleacutetrodo de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios A representa o fio de prata B a soluccedilatildeo condutora C a esponja do reservatoacuterio e D material de policarbonato de natureza porosa onde se estabelece o contacto com a pele 15
Figura 9 Funccedilatildeo de um filtro passa-baixos 119860119895119891 16
Figura 10 Circuito representativo dos componentes do ruiacutedo do amplificador na entrada segundo o modelo Vn-In 17
Figura 11 Esquema representativo do ensaio potenciostaacutetico para mediccedilatildeo da impedacircncia 21
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato 24
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios 25
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo 27
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo
eletroquiacutemico 27
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia 28
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos 29
x
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os
correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 32
Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 33
Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 34
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 35
Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz
respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 36
Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 37
Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 38
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 39
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 40
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para
os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas 40
Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 42
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 42
Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos 43
xi
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso
com os olhos fechados 43
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 44
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 44
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos 45
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados 45
xiii
Lista de tabelas
Tabela 1 Classificaccedilatildeo convencional dos sinais de EEG tendo em conta a gama de frequecircncias em que se encontram com indicaccedilatildeo das situaccedilotildees tiacutepicas de ocorrecircncia [6] 2
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas 23
xv
Abreviaturas e Siacutembolos
Acroacutenimos
EEG Eletroencefalograma
NMF Natural moisturizer factor
PC Policarbonato
PCA Aacutecido carboxiacutelico da pirrolidona
PVC Policloreto de polivinilo
RMS Root mean square (Erro quadraacutetico meacutedio)
SNR ou SN Signal-to-noise ratio (Relaccedilatildeo sinal-ruiacutedo)
EIS Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica
ICM Interface ceacuterebro-maacutequina
Lista de siacutembolos
Ohm
1
Capiacutetulo 1 Introduccedilatildeo
Introduccedilatildeo
O eletroencefalograma (EEG) eacute o registo graacutefico dos potenciais eleacutetricos desenvolvidos no ceacuterebro
que eacute utilizado para o seu estudo Isto eacute feito atraveacutes de eleacutetrodos aplicados no couro cabeludo
diretamente na superfiacutecie encefaacutelica ou ateacute mesmo dentro da substacircncia encefaacutelica [1] O
procedimento foi descrito pela primeira vez pelo fisiologista alematildeo Emil du Bois-Reymond que
descobriu que a propagaccedilatildeo do estiacutemulo nervoso nos neuroacutenios resultava no surgimento de uma
corrente eleacutetrica Contudo soacute comeccedilou a ser usado em 1929 apoacutes Hans Berger (psiquiatra alematildeo)
ter conseguido obter a primeira imagem graacutefica das diferenccedilas de potencial presentes no ceacuterebro
[1][2] A combinaccedilatildeo dos diferentes sinais eacute captada pelos eleacutetrodos sob a forma de uma diferenccedila
de potencial entre cada par de eleacutetrodos (configuraccedilatildeo bipolar) ou entre cada eleacutetrodo e uma
referecircncia (configuraccedilatildeo monopolar) O princiacutepio baacutesico de obtenccedilatildeo dos traccedilados
eletroencefalograacuteficos (EEG) eacute a amplificaccedilatildeo dos sinais eleacutetricos atraveacutes da utilizaccedilatildeo de
amplificadores operacionais de instrumentaccedilatildeo [1][3][4] Estes dispositivos satildeo capazes de amplificar
pequenas diferenccedilas de potencial entre dois pontos do couro cabeludo gerando de seguida na forma
claacutessica por meio de um dispositivo chamado galvanoacutemetro de fio com registador e na forma atual
por meio de digitalizaccedilatildeo e impressatildeo um traccedilado graacutefico com diferentes formas de onda que podem
ser interpretados por especialistas na aacuterea [1][3]
Natildeo se sabe ainda interpretar completamente o significado das ondas do eletroencefalograma
mas sabe-se que estas satildeo geradas pela atividade sinaacuteptica dos neuroacutenios do coacutertex cerebral e pelas
informaccedilotildees neuro-eleacutetricas provenientes dos sistemas sensoriais Os traccedilados resultantes deste
exame quando o individuo se encontra acordado satildeo essencialmente dessincronizados isto eacute
compostos por ondas de tensotildees reduzidas e frequecircncias relativamente altas (ritmos alfa e beta)
Contudo quando o individuo se encontra a dormir e uma vez que nessa situaccedilatildeo o taacutelamo natildeo deixa
passar tatildeo facilmente a informaccedilatildeo que recebe os traccedilados dos potenciais sinaacutepticos do coacutertex
tornam-se menores menos variados e mais sincronizados [5] As ondas deste tipo podem ser descritas
atraveacutes da sua gama de frequecircncias ou de comprimentos de onda e periacuteodos associados e das
amplitudes sendo estas natildeo superiores aos 150 μV e a gama de frequecircncias encontrando-se entre os
05 e 60 Hz num EEG normal sendo portanto estes paracircmetros de grande importacircncia e a ter em
conta na anaacutelise destas ondas [6] Por convenccedilatildeo os sinais satildeo classificados em quatro bandas de
frequecircncia conforme ilustrado na Tabela 1
2
2
Tabela 1 Classificaccedilatildeo convencional dos sinais de EEG tendo em conta a gama de frequecircncias em
que se encontram com indicaccedilatildeo das situaccedilotildees tiacutepicas de ocorrecircncia [6]
ONDA FREQUEcircNCIA OCORREM DURANTE
Delta lt35 Hz Momentos do sono profundo
Theta 4-7 Hz Meditaccedilatildeo e relaxamento profundo
Alfa 8-13 Hz Estados mentais relaxados e no
sono
Beta gt13 Hz Estado normal de vigila
As designadas mediccedilotildees eletroencefalograacuteficas tecircm sido amplamente desenvolvidas e exploradas
por vaacuterios motivos que incluem a sua elevada resoluccedilatildeo temporal (na ordem dos milissegundos) e a
sua sensibilidade tanto agrave duraccedilatildeo como agrave intensidade da atividade neural resultado da sincronizaccedilatildeo
da atividade dos neuroacutenios Eacute tambeacutem uma teacutecnica muito atrativa uma vez que representa um
baixiacutessimo risco para os pacientes por ser um meacutetodo geralmente natildeo invasivo A teacutecnica EEG tem a
grande vantagem de possuir uma excelente resoluccedilatildeo temporal dos sinais Contudo sua principal
limitaccedilatildeo passa pela resoluccedilatildeo espacial uma vez que a propagaccedilatildeo da atividade eleacutetrica ao longo das
vias fisioloacutegicas e do cracircnio pode dar uma impressatildeo errada da localizaccedilatildeo da fonte da atividade
eleacutetrica resultando numa insuficiecircncia de detalhes espaciais para identificar as estruturas e funccedilotildees
relacionadas com a atividade eleacutetrica Todavia embora o sinal eleacutetrico tenha de ser transmitido
atraveacutes dos tecidos e isto provoca uma reduccedilatildeo da intensidade do sinal e pequenas distorccedilotildees assume-
se que esta atividade eacute a mesma tanto na superfiacutecie do coacutertex (local onde as ondas emergem) como
no escalpe (local onde as ondas satildeo coletadas) [5][7]
Na literatura aparecem relatos do uso de vaacuterios tipos de EEG para avaliar grupos de pacientes com
diferentes doenccedilas tais como tumores enxaquecas depressotildees e esquizofrenia no entanto na
clinica o EEG eacute sobretudo utilizado para diagnosticar doenccedilas vasculares cerebrais demecircncias e
encefalopatias [7][8][9] Todavia as aplicaccedilotildees hoje em dia para este tipo de sinais e seus sistemas
de eleacutetrodos satildeo inuacutemeras podendo-se destacar as interfaces ceacuterebro-maacutequina como uma das
principais Este tipo de interfaces procura atraveacutes das ondas produzidas no foro cerebral controlar
equipamentos sejam estes cliacutenicos ou natildeo Eacute possiacutevel detetar padrotildees de ativaccedilatildeo gerados pelo
ceacuterebro atraveacutes da colocaccedilatildeo de eleacutetrodos e anaacutelise dos sinais eletroencefalograacuteficos recolhidos tanto
no exterior como no interior da superfiacutecie encefaacutelica Os sinais captados indicam a atividade cerebral
do utilizador que apoacutes deteccedilatildeo e classificaccedilatildeo satildeo traduzidos para uma saiacuteda como por exemplo
o movimento de um cursor de um computador associado ao rato ou de qualquer dispositivo artificial
externo Os sinais de EEG natildeo-invasivos satildeo utilizados em aplicaccedilotildees de Interface ceacuterebro maacutequina
(ICM1) pois estes oferecem um niacutevel de qualidade de sinal aceitaacutevel que combina custos reduzidos e
facilidade de utilizaccedilatildeo[10]
Com o surgimento de outros meacutetodos de diagnoacutestico a utilizaccedilatildeo da eletroencefalografia entrou
em decaimento no entanto a associaccedilatildeo desta teacutecnica com o domiacutenio informaacutetico os seus baixos
1 ldquoA Interface ceacuterebro-maacutequina eacute um sistema que permite a interaccedilatildeo entre o utilizador e o meio que o cerca utilizando sinais de controlo gerados por meio da atividade cerebral O aprimoramento das pesquisas em ICM estaacute relacionado principalmente com os avanccedilos da neurofisiologia e computaccedilatildeo As pesquisas iniciais
dedicaram-se ao desenvolvimento de dispositivos de comunicaccedilatildeo de pessoas que perderam o controlo muscular voluntaacuterio (hellip)rdquo Mussatto Greice em [10] Atualmente satildeo frequentemente direcionados para auxiliar aumentar ou reparar a cogniccedilatildeo humana ou as funccedilotildees sensoriais e motoras
3
3
custos (quando comparados com as outras teacutecnicas) a facilidade na realizaccedilatildeo dos exames o pequeno
espaccedilo ocupado pelos equipamentos e a sua natureza inoacutecua vieram a dar-lhe um novo impulso
conquistando um lugar proeminente no diagnoacutestico de vaacuterias patologias cerebrais [11][12] Isso tornou
possiacutevel inclusive o mapeamento cerebral em escala de cores (a gradaccedilatildeo das cores relaciona-se
com a amplitude dos potenciais) muito popular atualmente As teacutecnicas para a obtenccedilatildeo e registo
foram por isso aprimoradas nos uacuteltimos anos evoluindo do registo em papel com um nuacutemero reduzido
de canais ao registo contiacutenuo em equipamentos de ateacute 256 canais acoplado ao registo de viacutedeo digital
atraveacutes de equipamentos dotados com sistemas wireless peccedilas de hardwares e softwares sofisticadas
para armazenamento de dados e complementar a anaacutelise visual atraveacutes da anaacutelise computacional
Contudo embora os avanccedilos informaacuteticos tenham sido importantes para o desenvolvimento desta
teacutecnica a questatildeo do eleacutetrodo a utilizar nas mediccedilotildees eacute essencial uma vez que os bioeleacutetrodos de
superfiacutecie satildeo responsaacuteveis pela captaccedilatildeo dos sinais na interface entre a pele e o equipamento de
aquisiccedilatildeo e registo sendo tambeacutem considerados o elo mais fraco na cadeia de aquisiccedilatildeo de sinal
(constituindo a maior fonte de ruiacutedo e de instabilidade) [12]
Existe uma vasta gama de eleacutetrodos disponiacuteveis incluindo eleacutetrodos de superfiacutecie descartaacuteveis ou
reutilizaacuteveis e eleacutetrodos profundos[13] Dentro dos eleacutetrodos profundos (intracranianos) mais
utilizados encontram-se os eleacutetrodos intracerebrais e os subdurais Eacute importante referir a existecircncia
destes eleacutetrodos contudo os eleacutetrodos abordados neste relatoacuterio satildeo os eleacutetrodos de superfiacutecie ou
seja aqueles que satildeo colocados sobre o escalpe Existem vaacuterias alternativas para a sua classificaccedilatildeo
todavia aqui seratildeo abordadas aquelas que se relacionam com a presenccedila ou ausecircncia de produtos
hidratantes utilizando o termo ldquoeleacutetrodos huacutemidosrdquo para aqueles que necessitam de uma soluccedilatildeo
hidratantegel e ldquoeleacutetrodos secosrdquo para aqueles que natildeo a exigem
Os principais tipos de eleacutetrodos utilizados na cliacutenica atualmente para a recolha de sinais
eletroencefalograacuteficos satildeo os eleacutetrodos de prata ouro e estanho Um eleacutetrodo do tipo Prata-Cloreto
de Prata (AgAgCl) (Figura 1) eacute um tipo de eleacutetrodo considerado como tendo caracteriacutesticas desejaacuteveis
de qualidade e estabilidade que o tornam em geral um eleacutetrodo de referecircncia no estado da arte
sendo vulgarmente utilizado em mediccedilotildees eletroquiacutemicas [14] Os fenoacutemenos que ocorrem quando
um eleacutetrodo metaacutelico entra em contacto com um eletroacutelito estatildeo na base da captaccedilatildeo dos sinais que
se pretende realizar Ocorre uma troca ioacutenica como resultado de uma reaccedilatildeo eletroquiacutemica associada
ao contacto Existindo uma tendecircncia para que os aacutetomos do metal percam eletrotildees e estes passem
para o eletroacutelito (oxidaccedilatildeo) fazendo assim com que o eleacutetrodo fique carregado negativamente no
que diz respeito ao eletroacutelito Contudo natildeo se trata de um processo estaacutetico e por conseguinte ocorre
igualmente a reaccedilatildeo contraacuteria ateacute se estabelecer o equiliacutebrio (reduccedilatildeo) [14] Este processo eacute descrito
pela Equaccedilatildeo de Nernst atraveacutes da qual eacute possiacutevel obter a constante de equiliacutebrio de uma
determinada reaccedilatildeo que envolva transferecircncia de eletrotildees Deste modo para uma reaccedilatildeo de
oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo (redox) temos
minus119899 119865119864 = minus119899 1198651198640 + 119877119879 119897119899 119876 hArr 119864 = 1198640 minus119877119879
119899119865119897119899 119876
( 1 )
Verifica-se que no ponto de equiliacutebrio o valor de Q pode ser descrito como K (contante de
equiliacutebrio da reaccedilatildeo) e considerando a constante universal dos gases perfeitos (R = 831 J K-1 mol-1 )
a carga eleacutetrica de uma mole de eletrotildees (F = 96485 Cmiddotmol-1) e que o ensaio decorre agrave temperatura
ambiente (T = 2982 K (25 degC)) obteacutem-se
E=E0-00257
nlnQ hArr 0=E0-
00257
nlnK hArr E0=
00257
nlnK hArr lnK=
n ∙ E0
00257
( 2 )
4
4
Onde Eordm se obteacutem a partir dos potenciais normais dos eleacutetrodos n eacute o nuacutemero de moles de eletrotildees
transferidos e Q eacute o quociente entre os produtos das atividades de produtos e reagentes na reaccedilatildeo
No caso da pele humana existem pequenas quantidades de NaCl (01-04) desta forma o aniatildeo
cloreto presente iraacute reagir com a prata do eleacutetrodo dando origem a uma diferenccedila de potencial
relacionado com a concentraccedilatildeo de cloreto [3] Portanto as trocas ioacutenicas que ocorrem na pele na
presenccedila deste eleacutetrodo satildeo representadas na ( 3
119860119892 + 119862119897minus 119860119892119862119897 + 119890minus ( 3 )
Este tipo de eleacutetrodos satildeo os mais utilizados hoje em dia na clinica
e satildeo fabricados como o nome o indica em prata agrave qual eacute aplicado um
revestimento de cloreto de prata Trata-se de um metal bem tolerado
pelo organismo humano que permite a obtenccedilatildeo de bons resultados
uma vez que aleacutem disso estes apresentam niacuteveis de ruido reduzidos e
natildeo satildeo facilmente polarizaacuteveis [3] no entanto a sua utilizaccedilatildeo exige
uma preparaccedilatildeo preacutevia da pele e a aplicaccedilatildeo de uma pasta condutora
(gel) que por vezes eacute desconfortaacutevel para o paciente sendo suscetiacutevel
de causar alergias e tornando o processo mais demorado uma vez que
a preparaccedilatildeolimpeza dos eleacutetrodos requer alguns cuidados e deve ser executada por um teacutecnico
Surgiu entatildeo a motivaccedilatildeo para criar novos eleacutetrodos secos que ultrapassassem estas dificuldades
dispensando a utilizaccedilatildeo do gel e a preparaccedilatildeo da pele todavia uma vez que o contacto liacutequido estaacute
ausente a impedacircncia interfacial eacute consideravelmente mais elevada (1 M contra 10-20 k)
refletindo-se numa maior sensibilidade ao movimento e de maneira geral na presenccedila de um maior
niacutevel de ruiacutedo o que exige preacute-amplificaccedilatildeo integrada Os custos associados agrave produccedilatildeo deste tipo de
eleacutetrodo satildeo tambeacutem mais elevados do que no caso dos eleacutetrodos convencionais
De modo a resolver estes problemas foi desenvolvido um novo
tipo de bioeleacutetrodo (Figura 2) [15] o qual tem a capacidade de
manter huacutemido o ponto de contacto com a pele evitando contudo
a utilizaccedilatildeo de pastas condutoras Este efeito foi conseguido usando
o princiacutepio da caneta de feltro o contacto com o escalpe eacute efetuado
a partir de vaacuterios pinos fabricados a partir de um poliacutemero poroso
acoplado a um pequeno reservatoacuterio com uma soluccedilatildeo hidratante os
pinos forneceratildeo entatildeo de forma controlada pelos efeitos
combinados da capilaridade e gravidade a soluccedilatildeo hidratante ao
ponto de contacto com o escalpe A sua forma oferece tambeacutem
muacuteltiplos pontos de contacto de modo a minimizar o ruiacutedo e obter
melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
O desenvolvimento destes eleacutetrodos compreenderaacute varias fases a primeira fase a implementar
seraacute a fabricaccedilatildeo da superfiacutecie porosa atraveacutes da compressatildeo de poacutes de policarbonato (PC) de seguida
seraacute feita a montagem dos diferentes componentes do eleacutetrodo nomeadamente a esponja o frio de
prata e o tubo de policloreto de polivinilo (PVC) que funcionaraacute como reservatoacuterio Finalmente seratildeo
preparadas e testadas vaacuterias soluccedilotildees com os mesmos componentes em diferentes concentraccedilotildees de
modo a concluir qual soluccedilatildeo fornece uma melhor hidrataccedilatildeo da pele otimizando assim os resultados
Figura 1 Eleacutetrodo de superfiacutecie comercial (Eleacutetrodo de controlo)
Figura 2 Corte transversal do bioeleacutetrodo de superfiacutecie em estudo com reservatoacuterio
para a soluccedilatildeo hidratante
5
5
6
6
7
7
Capiacutetulo 2 Enquadramento teoacuterico
Enquadramento teoacuterico
A EEG eacute um registo associado a uma teacutecnica cliacutenica que se baseia na aquisiccedilatildeo dos sinais produzidos
no coacutertex cerebral A obtenccedilatildeo dos mesmos eacute possiacutevel uma vez que aiacute existem ceacutelulas excitaacuteveis
capazes de conduzir os impulsos nervosos os neuroacutenios Estes impulsos geram correntes eleacutetricas
atraveacutes do corpo da ceacutelula ateacute uma zona chamada zona de disparo Neste local as correntes dirigem-
se ao espaccedilo extracelular provocando uma diferenccedila de potencial que desencadearaacute um novo estiacutemulo
na proacutexima ceacutelula e que contribuiraacute para a produccedilatildeo dos referidos sinais
21 Sistema nervoso
O sistema nervoso eacute responsaacutevel pela maioria das funccedilotildees de controlo no organismo coordenando
e regulando as atividades corporais Isto eacute feito atraveacutes da interpretaccedilatildeo e resposta a estiacutemulos Este
sistema eacute convencionalmente dividido em duas categorias o sistema nervoso central (SNC) que se
verifica tratar do desenvolvimento das respostas aos estiacutemulos e o sistema nervoso perifeacuterico (SNP)
o responsaacutevel pela conduccedilatildeo do estiacutemulo nervoso No caso do SNC podem distinguir-se vaacuterios oacutergatildeos
o enceacutefalo (constituiacutedo pelo ceacuterebro cerebelo e tronco encefaacutelico) e a espinal medula Jaacute no caso do
SNP esta divisatildeo eacute feita atraveacutes da distinccedilatildeo entre nervos cranianos ou espinhais [16] Os nervos satildeo
essencialmente um conjunto de axoacutenios e dendrites de vaacuterios neuroacutenios
Os neurocircnios que datildeo origem aos nervos satildeo ceacutelulas com capacidade excitatoacuteria capazes de
transmitir sinais nervosos Contudo as ceacutelulas da glia tambeacutem presentes no sistema nervoso
sobretudo nos nervos satildeo as principais responsaacuteveis pela propagaccedilatildeo orientada do estiacutemulo uma vez
que ao recobrirem o axoacutenio criam circuitos neuronais independentes [16]
Os axoacutenios transmitem pulsos eleacutetricos devido agrave presenccedila de canais ioacutenicos que abrem e fecham
de modo a controlar as concentraccedilotildees dos diferentes iotildees nos meios interno e externo da ceacutelula
8
8
211 Propagaccedilatildeo do sinal
Um impulso nervoso origina a transmissatildeo de um sinal codificado ao longo da membrana do
neuroacutenio Para compreender esta transmissatildeo dentro do proacuteprio neuroacutenio eacute necessaacuterio conhecer o
conceito de potenciais de repouso e de accedilatildeo
N as fases em que se verifica existir potenciais de repouso os iotildees de soacutedio entram para a ceacutelula
atraveacutes de transporte passivo uma vez que a concentraccedilatildeo destes eacute menor no interior da ceacutelula (a
favor do gradiente de concentraccedilatildeo) Posteriormente daacute-se a sua expulsatildeo de forma ativa ao mesmo
tempo que entram iotildees de potaacutessio ativamente Finalmente os iotildees de potaacutessio voltam passivamente
ao exterior da membrana outorgando agrave ceacutelula uma carga positiva Diz-se entatildeo que esta se encontra
polarizada Nas ceacutelulas nervosas o potencial de membrana ronda os -90mV [6]
Os potenciais de accedilatildeo satildeo os responsaacuteveis pela propagaccedilatildeo do estiacutemulo nervoso contudo a sua
duraccedilatildeo natildeo ultrapassa alguns milissegundos (ver a Figura 3) Esta propagaccedilatildeo ocorre quando o
potencial de membrana que se encontra nos -90mV passa a ocupar valores de -50 a -70mV devido a
uma perturbaccedilatildeo externa de modo a responder a esta situaccedilatildeo ocorre a passagem por difusatildeo dos
iotildees de soacutedio para o interior da ceacutelula resultando na alteraccedilatildeo dos potenciais ateacute entatildeo negativos
para valores que podem chegar a +35mV De seguida a ceacutelula expulsa ativamente o soacutedio alterando
assim o potencial para aproximadamente -95mV Daacute-se entatildeo a repolarizaccedilatildeo atraveacutes da bomba de
Na+K+ ou seja a ceacutelula volta agraves condiccedilotildees iniciais [6]
Apoacutes um sinal ser transportando atraveacutes de um neuroacutenio eacute necessaacuterio que este seja comunicado
ao neuroacutenio seguinte de modo a manter a transmissatildeo do impulso Esta transferecircncia daacute-se em locais
especiacuteficos e pode ser feita eletricamente (atraveacutes de iotildees) ou quimicamente (atraveacutes de uma fenda
sinaacuteptica onde um neurotransmissor eacute libertado e se liga a recetores especiacuteficos do neuroacutenio poacutes-
sinaacuteptico) [6][16]
Figura 3 Representaccedilatildeo do fluxo ioacutenico durante o potencial de accedilatildeo (Adaptado de [16])
9
9
22 Aquisiccedilatildeo do sinal
Eacute impossiacutevel medir a atividade eleacutetrica gerada por um uacutenico neuroacutenio contudo a aquisiccedilatildeo do
sinal electroencefalograacutefico soacute eacute possiacutevel graccedilas agrave emissatildeo parcialmente sincronizada do impulso
nervoso numa parte significativa do coacutertex cerebral Deste modo o EEG reflete o somatoacuterio da
atividade siacutencrona de milhares de neuroacutenios com uma orientaccedilatildeo espacial semelhante assessorando
assim a aquisiccedilatildeo de um sinal reprodutiacutevel e mensuraacutevel que possibilita uma interpretaccedilatildeo fidedigna
[16]
Esta teacutecnica permite o registo da atividade eleacutetrica do ceacuterebro Eacute um procedimento raacutepido
simples e indolor no qual os impulsos eleacutetricos do ceacuterebro satildeo amplificados e registrados em papel
atraveacutes de um galvanoacutemetro ou em formato digital O seu interesse prende-se natildeo soacute com os baixos
custos da teacutecnica como tambeacutem com a obtenccedilatildeo em tempo real destes sinais de modo a conseguir
diagnosticar eventuais anomalias
A EEG quando comparada com outras teacutecnicas como por exemplo o eletrocardiograma (ECG)
apresenta uma maior dificuldade na obtenccedilatildeo dos dados uma vez que a tensatildeo a captar eacute de muito
menor amplitude os sinais por vezes encontram-se na regiatildeo do ruiacutedo eleacutetrico e aleacutem disso os
amplificadores comuns natildeo fornecem uma banda de funcionamento que consiga amplificar o sinal de
forma eficaz o que exige a utilizaccedilatildeo de amplificadores especialmente desenhados [6] Contudo
estas limitaccedilotildees natildeo impediram o avanccedilo desta tecnologia Ao longo do tempo as teacutecnicas de obtenccedilatildeo
dos dados foram-se aprimorando tendo chegado na fase de maturidade agrave arquitetura ilustrada na
Figura 4 em que a saiacuteda eacute representada em papel desenhada por canetas conduzidas por mecanismos
controlados por galvanoacutemetros Hoje em dia os sistemas evoluiacuteram sobretudo na parte final atraveacutes
da digitalizaccedilatildeo dos sinais filtrados e seu armazenamento num dispositivo digital Desta forma torna-
se muito mais flexiacutevel a fase de visualizaccedilatildeo dos sinais que eacute feita em monitores graacuteficos de
computador bem como a fase de armazenamento e arquivo e criaccedilatildeo de fichas de exame A
digitalizaccedilatildeo permite o processamento digital dos sinais a fim principalmente de os caracterizar do
ponto de vista morfoloacutegico e assim contribuir para a classificaccedilatildeo do ponto de vista cliacutenico
Figura 4 Diagrama de blocos representativo de um sistema para aquisiccedilatildeo de sinais
eletroencefalograacuteficos
A EEG eacute realizada atraveacutes da colocaccedilatildeo de eleacutetrodos no couro cabeludo obedecendo o
posicionamento dos mesmos a regras especiacuteficas pois a sua localizaccedilatildeo influencia os sinais captados
10
10
De modo a facilitar a comparaccedilatildeo dos resultados eacute habitualmente utilizado um sistema se
colocaccedilatildeo padratildeo chamado 10-20 (Figura 5) Segundo este padratildeo os locais onde os eleacutetrodos satildeo
colocados satildeo denominados por letras de acordo com as aacutereas cerebrais adjacentes seguidas de um
nuacutemero impar se o eleacutetrodo se encontrar no lado esquerdo da cabeccedila ou par se for no lado direito
[6]
Apoacutes a obtenccedilatildeo do sinal contiacutenuo de EEG eacute
possiacutevel distinguir vaacuterios tipos de ondas de acordo
com a sua amplitude e frequecircncia A amplitude das
ondas pode ir ateacute aos 200 μV e a frequecircncia ateacute 30Hz
A Figura 6 representa os diferentes tipos de ondas
As ondas delta satildeo ondas da mais baixa frequecircncia
e amplitudes elevadas que ocorrem em momentos do
sono profundo por outro lado as ondas teta
encontram-se na gama de frequecircncias de 4-7 Hz
contudo
continuam a apresentar grandes amplitudes e ocorrem
em estaacutegios de meditaccedilatildeo e relaxamento profundo as
ondas alfa apresentam por sua vez amplitudes meacutedias
e frequecircncias compreendidas entre os 8 e os 13 Hz
correspondendo a estados mentais relaxados no sono
Finalmente as ondas beta satildeo as de mais elevada
frequecircncia (gt13 Hz) com amplitudes de cerca de 10 μV
e ocorrem quando existe um estimulo visual ou no estado
normal de vigiacutelia [6]
221 Eleacutetrodos
Os eleacutetrodos constituem a interface entre o escalpe e o equipamento de mediccedilatildeo No caso de um
eleacutetrodo huacutemido quando a parte metaacutelica entra em contacto com o eletroacutelito tem lugar um processo
de oxidaccedilatildeoreduccedilatildeo de iotildeesaacutetomos que daacute lugar ao aparecimento de um potencial caracteriacutestico
As propriedades fiacutesico-quiacutemicas tanto do eleacutetrodo como do eletroacutelito afetam o valor do potencial
Quando eleacutetrodos idecircnticos satildeo submersos num eletroacutelito homogeacuteneo ambos assumem o mesmo
potencial com respeito ao eletroacutelito Contudo eleacutetrodos diferentes colocados nas mesmas condiccedilotildees
apresentam potenciais diferentes [6] Deste modo eacute sensato concluir que a amplitude do potencial
depende do material de que o eleacutetrodo eacute feito Por esse motivo os eleacutetrodos utilizados na cliacutenica satildeo
comumente produzidos com prata e cloreto de prata uma vez apresentam uma resistecircncia agrave passagem
Figura 5 Sistema internacional 10-20 para
a colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos em EEG
(Adaptado de [17])
Figura 6 Representaccedilatildeo das ondas eletroencefalograacuteficas registadas durante um
exame de EEG [5]
11
11
de corrente natildeo elevada e os seus niacuteveis de impedacircncia satildeo estaacuteveis ao longo de uma ampla gama de
frequecircncias
Contudo o material natildeo eacute o uacutenico paracircmetro que varia para escolher um eleacutetrodo Dependendo
das necessidades existem tambeacutem variedades morfoloacutegicas como os eleacutetrodos invasivos e os natildeo-
invasivos
2211 Eleacutetrodos invasivos
Dentro dos eleacutetrodos invasivos (intracranianos) os mais utilizados satildeo os eleacutetrodos profundos
intracerebrais e os subdurais [13] Os primeiros consistem em eleacutetrodos em forma de agulha feitos
de material flexiacutevel com muacuteltiplos pontos de contacto para registo Satildeo ideais para o registo de
atividade em aacutereas distantes da superfiacutecie Proporcionam ainda um registo preciso da regiatildeo
volumeacutetrica adjacente a cada ponto de registo no entanto a extensatildeo da dita aacuterea eacute limitada [18]
Portanto o uso deste tipo de eleacutetrodos eacute ideal apoacutes os resultados dos exames natildeo-invasivos sugerirem
um ldquoalvordquo provaacutevel Os eleacutetrodos subdurais que podem ser do tipo placa ou tira de silicone com
muacuteltiplos contatos de registo satildeo ideais para o registo de aacutereas extensas do coacutertex [14] Contudo os
eleacutetrodos subdurais podem natildeo registar adequadamente alteraccedilotildees localizadas em profundidade
Este tipo de eleacutetrodos deve apresentar dimensotildees reduzidas de modo a que o dano provocado no
tecido cerebral seja miacutenimo Devem tambeacutem apresentar locais de aplicaccedilatildeo suficientes para recolher
potenciais de muitos neuroacutenios simultaneamente No entanto devido agrave sua natureza altamente
invasiva soacute satildeo usados em casos especiais em que o seu uso pode trazer grandes benefiacutecios para o
paciente
2212 Eleacutetrodos natildeo invasivos
O foco deste estudo centra-se nos eleacutetrodos natildeo invasivos eleacutetrodos colocados na superfiacutecie do
escalpe O contacto entre o eleacutetrodo e a pele eacute facilitado (impedacircncia reduzida) pela utilizaccedilatildeo de
gel e se for esse o caso estaacute-se perante o caso dos eleacutetrodos huacutemidos Contudo a aplicaccedilatildeo deste
gel requer uma preparaccedilatildeo preacutevia da pele que por vezes pode ser demorada suscetiacutevel de
desencadear reaccedilotildees aleacutergicas e desconfortaacutevel para o paciente [3] Surgiu entatildeo a alternativa dos
eleacutetrodos secos eleacutetrodos capazes de aquirir sinais que dispensam a utilizaccedilatildeo de soluccedilotildees todavia
como resultado da ausecircncia do gel ou pasta condutora a impedacircncia interfacial eacute muito mais elevada
tornando indispensaacutevel a integraccedilatildeo de um andar de preacute-amplificaccedilatildeo no eleacutetrodo
Procurando contornar as dificuldades de cada teacutecnica optou-se pelo desenvolvimento de um
bioeleacutetrodo inovador que dispensa a utilizaccedilatildeo de gel mas que apesar disso manteacutem um bom contacto
com a pele humidificando-a
Entre os materiais disponiacuteveis para a fabricaccedilatildeo de eleacutetrodos encontram-se o accedilo inoxidaacutevel o
ouro (Au) o oacutexido de iriacutedio (IrO2)) a prata (Ag) etc [14] tendo-se optado por utilizar um fio de
prata revestido com uma fina camada de cloreto de prata uma vez que os eleacutetrodos fabricados com
12
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este material apresentam niacuteveis de ruiacutedo reduzidos grande estabilidade do potencial eleacutetrico na gama
de frequecircncias utilizada e uma impedacircncia interfacial baixa [14][19]
23 Interface do eleacutetrodo com a pele
A pele eacute um oacutergatildeo que cobre e protege o corpo e que se observa estar organizado em muacuteltiplas
camadas Eacute composta de trecircs camadas principais a epiderme a derme e a hipoderme cada uma
delas com carateriacutesticas estruturais especiacuteficas que levam a diferentes niacuteveis de condutividade
eleacutetrica e que podem ser representados atraveacutes de modelos baseados em componentes eleacutetricos
baacutesicos [14] Podemos entatildeo do ponto de vista eleacutetrico simular os tecidos bioloacutegicos a partir de um
circuito eleacutetrico formado por resistecircncias e condensadores dispostos em redes com seacuteries e paralelos
agindo estes como condutores ou dieleacutetricos nos quais o fluxo de corrente seguiraacute o caminho de
menor oposiccedilatildeo (Figura 7) Um exemplo ilustrativo desta situaccedilatildeo estaacute representado para o stratum
corneum a camada mais perifeacuterica da epiderme como este tecido eacute relativamente pouco condutor
apresenta uma elevada impedacircncia agrave transmissatildeo das correntes eleacutetricas [20] Assim devido agraves suas
propriedades dieleacutetricas a sua pequena espessura e o seu posicionamento entre o eleacutetrodo condutor
exterior e os tecidos subjacentes mais condutores eacute possiacutevel a sua representaccedilatildeo por meio de um
condensador de placas paralelas
Figura 7 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da interface com a pele e
o seu modelo de circuito eletroacutenico equivalente Adaptado de [14]
O valor da capacidade eleacutetrica da pele estaacute relacionado com a espessura e composiccedilatildeo da camada
coacuternea e tem um valor tiacutepico no intervalo 002-006 microFcm2 [14]
Por outro lado uma vez que alguns iotildees conseguem atravessar o stratum corneum atraveacutes dos
elementos da pele (foliacuteculos do cabelo suor canais das glacircndulas sebaacuteceas imperfeiccedilotildees da pele)
isso pode ser representado coletivamente por uma resistecircncia que seraacute colocada em paralelo com o
condensador Como as camadas subjacentes agrave epiderme satildeo relativamente condutoras representam-
se por uma resistecircncia em seacuterie adicional A presenccedila de uma elevada densidade de foliacuteculos pilosos
(que atuam como derivaccedilotildees de baixa resistecircncia) daacute origem a um valor muito baixo na resistecircncia da
13
13
pele No entanto esta observaccedilatildeo eacute contrabalanccedilada pela dificuldade em fazer contato mecacircnico e
eleacutetrico firme Em tais casos a impedacircncia da pele eacute muito elevada e por vezes eacute necessaacuterio recorrer
agrave remoccedilatildeo dos pelos antes de realizar o exame [14]
231 Hidrataccedilatildeo da pele
O processo de hidrataccedilatildeo da pele humana acontece por duas vias a interna e a externa [21] No
caso da via interna isto acontece quando os queratinoacutecitos migram atraveacutes da derme e sofrem
alteraccedilotildees significativas uma vez que paralelamente a esse processo satildeo libertados liacutepidos e o fator
de hidrataccedilatildeo natural da pele (NMF - Natural moisturizer factor) No caso dos liacutepidos estes formam
uma barreira para a perda de aacutegua e ajudam a reter a hidrataccedilatildeo natural da pele Jaacute no caso da
hidrataccedilatildeo por via externa esta acontece quando introduzimos na pele substacircncias cosmeacuteticas e
farmacecircuticas com capacidades de humedecer as camadas externas da pele para isso na produccedilatildeo
destas substacircncias satildeo utilizadas principalmente trecircs tipos de ingredientes (1) os humectantes que
Incluem a glicerina a ureia e o aacutecido carboxiacutelico da pirrolidona (PCA) que atuam atraindo a aacutegua das
camadas inferiores da derme e ajudando a manter essa aacutegua no estrato coacuterneo (2) os agentes oclusivos
que aumentam os niacuteveis de humidade proporcionando uma barreira fiacutesica para a perda de aacutegua (ceras
oacuteleos e silicones) (3) os emolientes que procuram restaurar os NMF [21]
2311 O gel para utilizaccedilatildeo com os eleacutetrodos
O gel utilizado nos eleacutetrodos serve para (1) assegurar um bom contacto eleacutetrico com a pele do
paciente (2) facilitar a transferecircncia de carga na interface eleacutetrodo-eletroacutelito e assim (3) diminuir
a impedacircncia do estrato coacuterneo [14]
Existem dois tipos de gel o gel huacutemido normalmente denominados como pasta creme ou
substacircncia gelatinosa e o hidrogel Os primeiros satildeo geralmente compostos por aacutegua um agente
espessante bactericidasfungicidas sais ioacutenicos e um surfatante O sal ioacutenico tem como finalidade
conferir condutividade eleacutetrica ao gel e diminuir a impedacircncia eleacutetrica da pele atraveacutes da sua difusatildeo
na mesma Normalmente os sais utilizados satildeo o cloreto de soacutedio (NaCl) ou de potaacutessio (KCl) uma vez
que a maior parte dos iotildees presentes na superfiacutecie da pele humana satildeo o cloreto o soacutedio e o potaacutessio
permitindo assim que elevadas concentraccedilotildees destes sais sejam melhor toleradas pelo corpo
[14][18][22] Por outro lado o hidrogel eacute um gel soacutelido que incorpora hidrocoloacuteides naturais no
entanto a utilizaccedilatildeo destes agentes naturais por vezes provoca desempenhos variaacuteveis e cores pouco
atrativas levando assim agrave utilizaccedilatildeo de hidrocoloacuteides artificiais de modo a eliminar variabilidades
indesejadas
O hidrogel tecircm tendecircncia a causar menos irritaccedilotildees na pele quando comparado com o gel huacutemido
porque o hidrogel limita-se a garantir um bom contato eleacutetrico entre a pele e o eleacutetrodo sem afetar
as propriedades do stratum corneum [14]
14
14
O hidrogel eacute eletricamente mais resistivo do que o gel no entanto esta desvantagem eacute
compensada tanto pela utilizaccedilatildeo de maiores aacutereas com hidrogel como tambeacutem pela diminuiccedilatildeo da
espessura da camada do mesmo Contudo isto natildeo eacute suficiente uma vez que o hidrogel natildeo eacute tatildeo
eficaz na hidrataccedilatildeo da pele (tem tendecircncia a absorver humidade) dando assim como resultado um
aumento na impedacircncia da pele [14]
24 Teacutecnicas de revestimento da prata com cloreto de prata
Finas camadas de um determinado metal depositado sobre um substrato desemprenham
muitas vezes uma funccedilatildeo essencial em muitos dispositivos como por exemplo nos circuitos integrados
No caso dos eleacutetrodos eacute necessaacuterio revestir os fios de prata com finas camadas de cloreto de prata
com o intuito de auxiliar a concretizaccedilatildeo das trocas ioacutenicas referidas no capiacutetulo 1 equaccedilatildeo (1) de
modo a ter-se uma transduccedilatildeo do sinal ioacutenico num sinal eleacutetrico de forma eficaz e reversiacutevel Estas
camadas devem apresentar caracteriacutesticas rigorosamente controladas A espessura a estrutura
atoacutemica e a composiccedilatildeo quiacutemica devem ser uniformes [14][18] Eacute tambeacutem importante que exista
pouca ou nenhuma contaminaccedilatildeo por outras partiacuteculas
As propriedades dos filmes satildeo altamente dependentes dos processos de deposiccedilatildeo Estes
devem ter boa aderecircncia e prover uma boa cobertura Deste modo para a preparaccedilatildeo da prata para
eleacutetrodos a teacutecnica a utilizar deve ser a deposiccedilatildeo eletroquiacutemica atraveacutes de um processo que envolve
a deposiccedilatildeo de um material soacutelido por meio de uma reaccedilatildeo quiacutemica com ou sem recurso a energia
externa Neste caso os substratos de prata satildeo submersos numa soluccedilatildeo contendo um agente oxidante
(por exemplo cloreto feacuterrico) produzindo assim uma fina camada de cloreto de prata ( ( 4)
Ag + + FCl3 FeCl2 + Ag ( 4 )
Em geral a deposiccedilatildeo por electroless plating de um metal envolve a deposiccedilatildeo de um
revestimento metaacutelico a partir dos seus iotildees presentes num banho aquoso sobre uma superfiacutecie atraveacutes
de uma reaccedilatildeo de reduccedilatildeo quiacutemica controlada que eacute ativada pelo metal que estaacute a ser depositado
(reduzido) [23] Os revestimentos obtidos atraveacutes da implementaccedilatildeo desta teacutecnica satildeo geralmente
uniformes duros com elevadas resistecircncias agrave corrosatildeo e ao desgaste e apresentam baixo coeficiente
de fricccedilatildeo [24][25]
Existe contudo uma enorme variedade de meacutetodos eletroquiacutemicos que permitem a
oxidaccedilatildeodeposiccedilatildeo de finas camadas de cloreto de prata tais como a deposiccedilatildeo assistida por plasma
ou por feixes de iotildees o sputtering a deposiccedilatildeo quiacutemica e a deposiccedilatildeo fiacutesica em fase de vapor etc
[25] Todavia a execuccedilatildeo destes processos envolve a utilizaccedilatildeo de equipamentos altamente
especializados em ambiente de vaacutecuo vaacuterias soluccedilotildees e um campo eleacutetrico de modo a possibilitar a
transformaccedilatildeo de energia quiacutemica em energia eleacutetrica e vice-versa Finalmente um meacutetodo tambeacutem
bastante usado eacute a sinterizaccedilatildeo de poacute de cloreto de prata sobre o substrato metaacutelico dando origem
a um revestimento espesso e poroso
15
15
25 Novo conceito de eleacutetrodo
O desenvolvimento do novo tipo de bioeleacutetrodo busca
colmatar as lacunas presentes nos eleacutetrodos disponiacuteveis
comercialmente (dos tipos huacutemido e seco) Tentando manter as
melhores carateriacutesticas de cada tipo de eleacutetrodo Para isso eacute
necessaacuterio desenvolver o eleacutetrodo com materiais condutores que
possibilitem as trocas ioacutenicas e aleacutem disso tenha a capacidade
de manter huacutemido o ponto de contacto com a pele de forma a
diminuir a impedacircncia na interface mas sem usar pastas ou gel
que sujam a pele
A hidrataccedilatildeo da pele por via externa nos ensaios a
realizar eacute feita atraveacutes da aplicaccedilatildeo de diferentes soluccedilotildees
hidratantes que se encontram embebidas numa esponja num
reservatoacuterio existente no eleacutetrodo (Figura 8) Estas soluccedilotildees tecircm a capacidade de migrar atraveacutes do
eleacutetrodo atraveacutes do efeito de capilaridade e gravidade uma vez que a base do eleacutetrodo eacute feita de
policarbonato com porosidade aberta adequada ao fenoacutemeno da capilaridade
O desenvolvimento deste bioeleacutetrodo inovador possibilita tambeacutem uma colocaccedilatildeo raacutepida
coacutemoda e segura Uma vez que estes passam a ser colocados com uma touca
Finalmente eacute tambeacutem importante referir que a forma do eleacutetrodo em multipino permitiraacute
numerosos pontos de contacto de modo a minimizar a impedacircncia do mesmo contribuindo para a
obtenccedilatildeo de melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
26 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
O ruiacutedo eacute um sinal interferente de natureza aleatoacuteria que provoca a degradaccedilatildeo de sinal
durante o seu processamento Em eletroacutenica diz respeito a quaisquer correntes ou tensotildees indesejadas
que mascaram o sinal que realmente interessa
Nos dispositivos e circuitos eletroacutenicos existem inuacutemeras fontes de ruiacutedo dai a importacircncia
na sua caraterizaccedilatildeo
Um tipo importante de ruiacutedo eacute o ruiacutedo de Johnson-Nyquist presente nos portadores de carga
e em todos os elementos com resistecircncia eleacutetrica Este tipo de ruiacutedo eacute caraterizado por uma densidade
espectral de potecircncia (do inglecircs power spectral density - PSD) uniforme e forma de onda gaussiana
[26]
O ruiacutedo de Johnson-Nyquist eacute comumente chamado ruiacutedo teacutermico e a sua tensatildeo eficaz pode
ser calculado atraveacutes da ( 5 para uma resistecircncia eleacutetrica R
Vt= radic4∙k∙T∙B∙R=radic16times1020
∙B∙R ( 5 )
Figura 8 Eleacutetrodo de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios A representa o fio de prata B a soluccedilatildeo condutora C a esponja do reservatoacuterio e D material de policarbonato de natureza porosa onde se estabelece o contacto com a pele
16
16
onde k representa a constante de Boltzmann em JK T a temperatura da resistecircncia em K B
a banda equivalente de ruiacutedo e R o valor da resistecircncia em Ohm
Para o caacutelculo da banda equivalente de ruiacutedo considera-se que o sistema tem uma funccedilatildeo de
transferecircncia do tipo 1198810
119881119894frasl = 119860(119895119891) e estaacute sujeito a uma entrada de ruiacutedo de PSD 119878119881119894
Deste modo
obtemos que o valor meacutedio da tensatildeo de ruiacutedo na saiacuteda para um amplificador seraacute
1198811198990
2 = int 119878119881119894 |A(jf)|2 partfinfin
0
( 6 )
Sendo |119860(119895119891)| usualmente uma funccedilatildeo do tipo
Figura 9 Funccedilatildeo de um filtro passa-baixos |119912(119947119943)|
Uma vez que as regiotildees sombreadas satildeo iguais pode-se simplificar o caacutelculo atraveacutes da aacuterea
de um retacircngulo com a mesma aacuterea que o quadrado da funccedilatildeo de transferecircncia Temos entatildeo que a
banda equivalente eacute dada por
B=1
|A0|2int |A(jf)|2 partf
infin
0
( 7 )
Outro tipo de ruiacutedo presente nos equipamentos eletroacutenicos que eacute interessante estudar eacute o
ruiacutedo ldquoshotrdquo ou ruiacutedo de corrente (Ish) que como o nome indica estaacute associado agrave corrente DC que
flui atraveacutes de uma barreira de potencial e pode ser representado por
Ish= radic2∙q∙IDc∙B ( 8 )
Onde q representa a carga eletroacutenica em coulomb e IDC a corrente contiacutenua meacutedia em ampere
Finalmente outro tipo de ruiacutedo a estudar seraacute o ruiacutedo 1f ldquoflickerrdquo ou ruiacutedo de contacto (If)
que ocorre devido agraves diferenccedilas nos niacuteveis de energia eleacutetricos quando existe um contato imperfeito
entre dois materiais Este tipo de ruiacutedo pode ser calculado atraveacutes de
119868119891 = 119870 ∙ 119868119863119888 ∙ radic119861
radic119891 ( 9 )
Onde K eacute um valor constante que depende do material e da geometria
A baixas frequecircncias este ruiacutedo eacute chamado de ruiacutedo ldquo1frdquo devido agrave tendecircncia caracteriacutestica
de decrescimento com a frequecircncia Eacute importante notar que a magnitude do ruido ldquoflickerrdquo pode ser
17
17
muito grande para pequenas frequecircncias o que leva a que seja a forma de ruiacutedo predominante em
circuitos de baixa frequecircncia
Considerando o ruiacutedo total como adiccedilatildeo das contribuiccedilotildees dos vaacuterios tipos de ruiacutedo na
configuraccedilatildeo eleacutetrica adotada para um amplificador pode-se considerar que o ruiacutedo na entrada segue
a representaccedilatildeo da Figura 10 da qual eacute possiacutevel retirar que
1198681198992 =
1198811198991199052 minus 119881119899
2 minus 1198811199052
1198771199042 ( 10 )
Na praacutetica In pode ser calculado atraveacutes da PSD do ruiacutedo total obtido com uma resistecircncia
elevada de modo a que 1198811198990≫ 119860radic119881119899
2 ∙ 1198811199052 e que Vn eacute a PSD do sistema com a entrada em curto circuito
Figura 10 Circuito representativo dos componentes do ruiacutedo do amplificador na entrada segundo o modelo Vn-In
No corpo humano a captaccedilatildeo dos biopotenciais no escalpe estaacute sujeita agrave presenccedila de ruiacutedo
eleacutetrico intriacutenseco indesejado na interface eleacutetrodogelpele que faz com que o processo de deteccedilatildeo
e anaacutelise dos sinais bioloacutegicos reais seja mais complicado Eacute necessaacuterio por isso caracterizar e
conhecer a magnitude e origem destas flutuaccedilotildees de modo a caraterizar a qualidade dos eleacutetrodos
desenvolvidos
O ruiacutedo eleacutetrodo-pele pode estar ligado agrave interface entre o eleacutetrodo e o eletroacutelito ou entatildeo
agrave interface eletroacutelito-pele No primeiro caso esta situaccedilatildeo pode ser mensurada atraveacutes da colocaccedilatildeo
de eleacutetrodos do mesmo tipo um contra o outro Por outro lado o ruiacutedo produzido pela interface
eletroacutelito-pele deve ser mensurado de uma forma indireta atraveacutes do contacto direto entre o eleacutetrodo
e a pele Nesta situaccedilatildeo o ruiacutedo eacute tipicamente mais elevado do que o que se obteacutem na interface
eleacutetrodo-eletroacutelito [3] Uma vez que os resultados obtidos nestes ensaios dependem diretamente do
estado da pele eacute importante garantir um tratamento preacutevio adequado
18
18
261 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio do tempo RMS e Deriva do potencial
A raiz do valor quadraacutetico meacutedio RMS (do inglecircs root mean square) ou valor eficaz eacute uma
medida estatiacutestica da magnitude de uma quantidade variaacutevel que pode ser calculada atraveacutes da
expressatildeo
120600119877119872119878 = radic1
119873 sum120600119894
2
119873
119894=1
= radic1206001
2 + 12060022 + ⋯+ 120600119873
2
119873 ( 11 )
Nos sinais a estudar satildeo calculados os valores RMS da parte alternada do sinal em intervalos
de tempo sucessivos Destes valores eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees acerca da evoluccedilatildeo temporal do
sinal assim como a quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo
Por outro lado a deriva do potencial eacute calculada recorrendo agrave primeira derivada do sinal nos
diferentes pontos pela componente contiacutenua do sinal sendo portanto de natureza lenta Eacute possiacutevel
por isso analisar a deriva do potencial e o tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema atraveacutes do recurso desde
caacutelculo
262 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio das frequecircncias Densidade espectral
A densidade espectral de potecircncia PSD eacute definida pela transformada de Fourier da funccedilatildeo
de autocorrelaccedilatildeo (Rxx (120591)) de um processo estacionaacuterio ou seja
Teorema de Wiener-Khintchine 119878119909(119891) = F[Rxx(120591)]= int Rxx(120591)119890minus 1198952120587119891120591119889120591infin
minusinfin
( 12 )
Por outras palavras a PSD descreve a distribuiccedilatildeo da variacircncia de um processo aleatoacuterio no
domiacutenio da frequecircncia [27][28]
No Matlab esta estimaccedilatildeo eacute feita atraveacutes da funccedilatildeo pwelch jaacute implementada esta segue o
meacutetodo Welch para o caacutelculo da PSD Este meacutetodo eacute baseado no conceito de utilizaccedilatildeo de
periodogramas de estimaccedilatildeo espectral que satildeo o resultado da conversatildeo de um sinal no domiacutenio
temporal para o domiacutenio da frequecircncia [29] Para isso o meacutetodo Welch segue o fundamento do
meacutetodo Bartlett contudo permite a sobreposiccedilatildeo de segmentos [30]
O meacutetodo Bartlett consiste primeiramente na divisatildeo do segmento original de N amostras em
K segmentos de comprimento M Para cada segmento eacute obtido o periodograma calculado atraveacutes da
transformada discreta de Fourier de seguida eacute calculado o quadrado do resultado e dividido por M
Finalmente eacute feita a meacutedia do resultado dos periodogramas para todos os segmentos de K amostras
resultando num uacutenico vetor de potenciais em funccedilatildeo da frequecircncia Ou seja a reparticcedilatildeo da potecircncia
ao longo do espetro [28]
19
19
27 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo da impedacircncia
Um sistema eletroquiacutemico eacute aquele onde haacute a presenccedila de pelo menos uma fase condutora
eletroacutenica (eleacutetrodo) em contato direto com uma fase condutora ioacutenica (eletroacutelito) as quais originam
a interface eleacutetrodo-eletroacutelito onde se forma duma dupla camada eleacutetrica
A mediccedilatildeo da impedacircncia eletroquiacutemica em modo potenciostaacutetico eacute feita atraveacutes da
aplicaccedilatildeo de um sinal de potencial eleacutetrico sinusoidal 119881(119905) com cerca de 5 a 20 mV numa ceacutelula
eletroquiacutemica Satildeo medidas a resposta na forma de corrente eleacutetrica 119868(119905) e diferenccedila de fase entre
o sinal de potencial e o sinal da corrente [31] Ao medir a corrente alternada que atravessa a ceacutelula
eletroquiacutemica obtemos a impedacircncia Z da forma convencional 119885 = 119881119868 [32] Refira-se que a obtenccedilatildeo
da impedacircncia pode igualmente ser feita impondo uma perturbaccedilatildeo de corrente e medindo o
potencial A impedacircncia do eleacutetrodo reflete entatildeo a capacidade do eleacutetrodo para transferir carga a
determinada frequecircncia [32][33]
Deste modo tem-se se os valores da tensatildeo alternada V(t) e da intensidade I(t) forem
representados por
V(t)=V0∙ cos ωt
( 13 )
I(t)=I0∙ cos (ωt+φ) ( 14 )
No qual V0 representa a amplitude de pico do sinal 120596 a frequecircncia angular (120596 = 2120587119891) I0 a
amplitude do sinal de corrente e 120593 a diferenccedila de fase entre os dois sinais
Pela equaccedilatildeo de Euler
eiφ= cos φ +j sin φ ( 15 )
temos entatildeo que se φ=120596119905
V(t)= V0∙Re(ejωt) ( 16 )
representando essa tensatildeo alternada como uma parte real de uma grandeza complexa
temos que V(t) eacute equivalente a
V(t)=V0∙Re(119888119900119904120596119905 + 119895 ∙ 119904119894119899 120596119905) ( 17 )
Por outro lado atendendo agrave Equaccedilatildeo de Euler acima descrita a corrente eleacutetrica gerada
por um elemento de circuito em resposta a uma tensatildeo alternada pode ser escrita como
I(t)=I0∙Re(119890(120596119905+120593))
( 18 )
Deste modo a impedacircncia fica
Z(ω)=Z0∙ejφ
( 19 )
e aplicando a equaccedilatildeo de Euler
Z(ω)=Z ( cos φ + j sin φ ) ( 20 )
20
20
Obtemos uma equaccedilatildeo composta de uma parte real e uma parte imaginaacuteria possibilitando
assim a sua representaccedilatildeo num plano cartesiano onde a parte real corresponderaacute ao eixo das abcissas
e a parte imaginaria ao eixo das ordenadas (Diagrama de Nyquist)
Pode-se tambeacutem representar a impedacircncia como um vetor no plano complexo
Z (ω)=Re[Z(ω)]i +Im[Z(ω)]j ( 21 )
E se Z0 for o moacutedulo da impedacircncia a parte real de 119885(120596) escreve-se
Z=Z0∙ cos φ
( 22 )
sendo a parte imaginaacuteria representada por
Z=Z0∙ sin φ
( 23 )
que segundo a representaccedilatildeo de Fresnel corresponde a
Z(ω)=Z+ j Z
( 24 )
ou seja
1198850=|Z(ω)|=radicZ2+ Z
2 ( 25 )
e
tan φ = Z
Zfrasl ( 26 )
Os diagramas de Nyquist satildeo uacuteteis para reconhecer o tipo de processo envolvido Os diagramas
de Bode por outro lado mostram a dependecircncia direta do acircngulo de fase com a frequecircncia Este
uacuteltimo eacute particularmente interessante em escalas de frequecircncia muito diferentes uma vez que eacute
frequentemente representado atraveacutes da escala logariacutetmica portanto os resultados nos capiacutetulos
subsequentes seratildeo apresentados neste formato
21
21
A teacutecnica de Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica (do inglecircs Electrochemical
Impedance Spectroscopy - EIS) fornece uma visatildeo completa e detalhada das caracteriacutesticas eleacutetricas
da interface eleacutetrodo-eletroacutelito quando efetuada
numa gama suficientemente largada de frequecircncias
Na Figura 11 estaacute representado um esquema da
montagem experimental para mediccedilatildeo da
impedacircncia As reaccedilotildees eletroquiacutemicas satildeo em
essecircncia reaccedilotildees quiacutemicas em que ocorrem
transferecircncia de eletrotildees para um eleacutetrodo e como
regra ocorrem de acordo com princiacutepios quiacutemicos
gerais Haacute contudo certas caracteriacutesticas das
reaccedilotildees eletroquiacutemicas que satildeo uacutenicas Algumas
delas envolvem a transferecircncia de eletrotildees atraveacutes
de uma interface (reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo) o
que acarreta uma dependecircncia com as dimensotildees e
aacuterea do eleacutetrodo assim como tambeacutem das
propriedades da interface com o eleacutetrodo
Eacute habitual que os eleacutetrodos de AgAgCl apresentem potenciais relativamente baixos e
estaacuteveis Portanto a deposiccedilatildeo da camada de AgCl estabilizaraacute o potencial do eleacutetrodo e reduziraacute os
niacuteveis de impedacircncia Eacute de salientar que impedacircncias aceitaacuteveis para os eleacutetrodos de superfiacutecie devem
encontrar-se abaixo dos 5 k uma vez que quanto maior a impedacircncia maior seraacute a resistecircncia do
eleacutetrodo agrave passagem de corrente No entanto valores de 10 k ou mesmo 40 K ainda satildeo
considerados aceitaacuteveis dependendo dos autores [34][35]
Figura 11 Esquema representativo do ensaio potenciostaacutetico para mediccedilatildeo da impedacircncia
22
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Capiacutetulo 3 Materiais e meacutetodos
Materiais e meacutetodos
31 Preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes
Na preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes dissolveu-se cloreto de soacutedio (NaCl) em aacutegua
adicionando de seguida um tensioativo (tweencopy-80) e um humectante (propilenoglicol) As
concentraccedilotildees destes componentes variaram nas 3 soluccedilotildees conforme referido na Tabela 2 Conveacutem
referir que cada componente foi dissolvido em constante e contiacutenua agitaccedilatildeo numa placa de
agitaccedilatildeo tendo-se misturado primeiro o propilenogicol com o tweencopy e soacute depois com os restantes
compostos
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas
COMPONENTE INFORMACcedilAtildeO DO COMPONENTE SOLUCcedilAtildeO
1 2 3
NaCl (mV) VWR-BDH Prolabo Lote 27810295
09 09 09
Tweencopy-80 (VV) Acofarma
Lote 130287 3 3 5
Propilenoglicol(VV) Acofarma
Lote 131337 10 30 30
Aacutegua (VV) - qbp 100 qbp 100 qbp 100
A biocompatibilidade das mateacuterias-primas empregues para a obtenccedilatildeo das soluccedilotildees torna este
novo conceito de eleacutetrodo uma alternativa promissora para utilizaccedilatildeo cliacutenica Esta biocompatibilidade
estaacute inversamente relacionada com a concentraccedilatildeo de cloretos de soacutedio ou seja quanto menor a
concentraccedilatildeo tanto maior a biocompatibilidade das soluccedilotildees Por esse motivo as soluccedilotildees
desenvolvidas contavam com pequenas concentraccedilotildees de sais de modo a ser o mais semelhante
possiacutevel aos componentes ioacutenicos da proacutepria pele humana
24
24
32 Produccedilatildeo dos novos eleacutetrodos
321 Produccedilatildeo da estrutura porosa de policarbonato
A produccedilatildeo da estrutura porosa (wicks) foi realizada atraveacutes da sinterizaccedilatildeo de poacutes de
policarbonato (PC)
No que diz respeito ao processo de fabrico propriamente
dito o primeiro passo consistiu na moagem da mateacuteria-prima
(policarbonato) de seguida estas partiacuteculas foram sinterizadas
atraveacutes de um equipamento designado por cilindro de sinterizaccedilatildeo
Este cilindro foi aquecido a uma temperatura de asymp170degC e atingida
esta gama de temperaturas colocaram-se as partiacuteculas no molde
ldquoWickrdquo com as dimensotildees apresentadas na Figura 12 que se
encontrava dentro do cilindro central Procedeu-se
imediatamente ao encaixe do pistatildeo no cilindro central Para
finalizar mergulhou-se em aacutegua fria o cilindro central contendo o
molde deixando de seguida secar agrave temperatura ambiente [36]
322 Preparaccedilatildeo dos eleacutetrodos de pratacloreto de prata
Para a deposiccedilatildeo da camada de cloreto de prata nos fios de prata recorreu-se a uma teacutecnica
de deposiccedilatildeo quiacutemica Para isso os fios de prata (Ag) (diacircmetro = 250 miacutecron 9999 Goodfellow
Cambridge) foram oxidados com uma soluccedilatildeo de cloreto de ferro (III) (MERCK Lote 7705-08-0) apoacutes
um preacute-tratamento que permitiu a remoccedilatildeo de impurezas e sujidades presentes na superfiacutecie dos fios
Este preacute-tratamento consistiu na limpeza da superfiacutecie dos fios com 2-propanol e posterior imersatildeo
dos mesmos numa tina de ultrassons com 2-propanol durante 10 minutos De seguida mergulharam-
se os fios de prata em aacutegua destilada de forma a remover todo o 2-propanol presente Finalmente
o processo de oxidaccedilatildeo consistiu em submergir os fios de prata numa soluccedilatildeo aquosa de FeCl3 50 mM
durante 2 minutos ao finalizar este periacuteodo foram armazenados durante 24h num recipiente revestido
com folha de alumiacutenio que possuiacutea uma soluccedilatildeo de HCl 01M para estabilizaccedilatildeo Os fios que natildeo foram
utilizados imediatamente foram armazenados num recipiente revestido com folha de alumiacutenio com
uma soluccedilatildeo de HCl 0005M O comprimento de cada fio de prata eacute aproximadamente de 8 cm
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato
25
25
323 Montagem dos eleacutetrodos
Apoacutes o fabrico da estrutura porosa e da preparaccedilatildeo dos
fios de prata procedeu-se agrave montagem dos eleacutetrodos para isso
cortaram-se pequenas porccedilotildees de uma esponja em poliuretano
com configuraccedilatildeo ciliacutendrica e um diacircmetro semelhante ao da
parte superior da estrutura porosa De seguida atravessou-se esta
esponja com o fio de prata e inseriu-se o conjunto ldquoesponja +
arame de pratardquo dentro de um orifiacutecio superior que a estrutura
porosa possui Finalmente incorporou-se esta estrutura dentro de
um tubo de PVC de modo a atingir a configuraccedilatildeo apresentada na
Figura 13
33 Preparaccedilatildeo dos ensaios
Antes do iniacutecio dos ensaios os eleacutetrodos foram previamente lavados com 2-propanol e
colocados na estufa de modo a evaporar os resiacuteduos do aacutelcool Posteriormente foi aplicada a soluccedilatildeo
hidratante que se pretendia estudar de modo a que a esponja ficasse completamente embebida Desta
forma por uma parte os novos eleacutetrodos em estudo foram testados recorrendo agraves soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 e por outra os eleacutetrodos que serviram como controlo (eleacutetrodo de AgAgCl
(BIO EASYCAP GmbH Alemanha)) utilizaram o gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) Foram tambeacutem utilizados eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) como referecircncia
Para os estudos eletroquiacutemicos incorporaram-se os eleacutetrodos numa montagem constituiacuteda por
um potenciostatogalvanostato Gamry G-300 (Gamry Instruments USA) De modo a diminuir o ruiacutedo
eletroacutenico os ensaios foram todos realizados dentro de uma Gaiola de Faraday Eacute importante referir
que uma vez o nosso sistema de aquisiccedilatildeo de dados era ldquoearth groundedrdquo seguiu-se a sugestatildeo da
bula do Gamry e optou-se unicamente por ligar o ldquofloating groundrdquo agrave gaiola
34 Condiccedilotildees dos ensaios
A primeira parte do trabalho foi desenvolvida laquoIn vitroraquo com eleacutetrodos multipino foi feito
entatildeo um estudo do ruido eletroquiacutemico entre eleacutetrodos do mesmo tipo nas diferentes soluccedilotildees
referidas na Tabela 2 De seguida realizou-se um estudo das impedacircncias dos novos eleacutetrodos nas
diferentes soluccedilotildees seguidos por um estudo de controlo realizado nas mesmas condiccedilotildees com o
eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente e o correspondente gel hidratante Estes ensaios foram
reproduzidos 3 vezes uma vez que em estudos anteriores jaacute se tinha verificado uma boa
reprodutibilidade dos ensaios
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios
26
26
Na segunda fase dos estudos realizou-se uma avaliaccedilatildeo do ruido da impedacircncia vs frequecircncia
laquoIn vivoraquo com as diferentes soluccedilotildees Estes ensaios foram realizados em 8 voluntaacuterios saudaacuteveis 6 do
sexo feminino e 2 do masculino Deste modo consegue-se escolher uma soluccedilatildeo para avanccedilar ao
estaacutegio seguinte que consistia na mediccedilatildeo e comparaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos obtidos tanto
com os eleacutetrodos de controlo como com os eleacutetrodos multipino porosos com a soluccedilatildeo hidratante mais
adequada Os resultados foram obtidos com a participaccedilatildeo de 2 voluntaacuterios saudaacuteveis de ambos sexos
341 Ensaios laquoIn vitroraquo
3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito
Nos ensaios de ruiacutedo eletroquiacutemico apenas foram utilizados eleacutetrodos multipino porosos
Fig14 (b) sendo um ligado ao terminal do eleacutetrodo de trabalho e o outro ao terminal do eleacutetrodo de
referecircncia A distacircncia entre os eleacutetrodos foi controlada durante o decorrer dos ensaios optando-se
por uma distacircncia de 3 cm entre os dois eleacutetrodos Foi tambeacutem realizada uma montagem de controlo
nas mesmas condiccedilotildees contudo esta era constituiacuteda por dois eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel
Electro-Cap International Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA)
Estabelecida a montagem do sistema eletroacutenico procedeu-se agrave mediccedilatildeo do ruiacutedo eleacutetrico em
circuito aberto para isso recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software ldquoESA410 Data Acquisitionrdquo da Gamry
um software projetado especificamente para a aquisiccedilatildeo e anaacutelise de sinais de ruiacutedo eletroquiacutemico
[37] Para aquisiccedilatildeo dos dados o ESA410trade associa-se ao potenciostato Gamry que faz aquisiccedilatildeo dos
dados em modo potenciostaacutetico a recolha dos dados eacute feita em circuito aberto O teste para cada
eleacutetrodo foi realizado ao longo de 12 minutos com uma taxa de amostragem constante de 1000 Hz
ao longo de todo o teste e um filtro de 10 A frequecircncia de amostragem foi escolhida tendo em conta
o Teorema de Nyquist que afirma que a frequecircncia de amostragem de um sinal analoacutegico para que
possa posteriormente ser reconstituiacutedo com o miacutenimo de perda de informaccedilatildeo deve ser igual ou maior
a duas vezes a maior frequecircncia do espectro desse sinal 119861 le119891119904
2 Por outras palavras a frequecircncia
maacutexima do sinal de entrada deveraacute ser menor ou igual a metade da taxa de amostragem [38] Para
que isto seja conseguido o sistema incorpora um filtro passa-baixo ldquoanti-aliasrdquo (deixa passar baixas
frequecircncias mas atenua as frequecircncias maiores do que a frequecircncia de Nyquist) [39]
3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito
Na montagem eletroacutenica dos ensaios de impedacircncia o contra eleacutetrodo era representado por
um eleacutetrodo comercial de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) o eleacutetrodo de trabalho um
eleacutetrodo poroso multipino (cada ensaio com as suas diferentes soluccedilotildees) e o eleacutetrodo de referecircncia
um eleacutetrodo de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) Fig14 (a) Optou-se tambeacutem pela
27
27
implementaccedilatildeo de um controlo com eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap International
Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap International Inc USA)
A obtenccedilatildeo dos dados eacute feita atraveacutes da teacutecnica de espectroscopia de impedacircncia
eletroquiacutemica em modo potenciostaacuteticordquo presente no software EIS300TM da Gamry neste modo de
funcionamento eacute aquirido um espectro de impedacircncia ao longo do intervalo de frequecircncias de 10 kHz
ateacute 01 Hz com uma tensatildeo AC aplicada (5 mV RMS) da tensatildeo de desvio DC (0 V vs circuito aberto)
e representados 3 pontos por deacutecada
(a) (b)
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo
342 Ensaios laquoIn vivoraquo
3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele
De modo a mensurar o ruiacutedo
causado pela interface entre o eletroacutelito e
a pele procedeu-se agrave montagem de um
sistema semelhante ao utilizado nos
ensaios do ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito dentro
de uma gaiola de Faraday contudo estes
ensaios foram realizados laquoIn vivoraquo
procedendo-se agrave colocaccedilatildeo dos dois
eleacutetrodos na zona anterior da tiacutebia com
um espaccedilo entre eles de 3 cm (Figura 15)
apoacutes a superfiacutecie da pele ter sido limpa
com etanol a 70
A montagem contava com um sistema de seguranccedila inserido em seacuterie no sistema de mediccedilatildeo
e que corta a corrente se esta for superior a 100 microA
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
28
28
A mediccedilatildeo do ruido foi feita tendo em conta o tipo de eleacutetrodo tendo-se para isso optado por
fazer as mediccedilotildees com eleacutetrodos do mesmo tipo ou seja num primeiro ensaio mensurou-se o ruido
entre 2 eleacutetrodos de pratacloreto de prata com o respetivo gel hidratante e numa segunda
abordagem optou-se por mensurar o ruido entre dois dos eleacutetrodos porosos com as diferentes soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 Contudo foi controlada a pressatildeo da banda que fixava os eleacutetrodos porosos
agrave tiacutebia sendo estipulado o valor da pressatildeo no intervalo de 15N a 2N
Neste ensaio o primeiro eleacutetrodo encontra-se ligado aos terminais dos eleacutetrodos de trabalho
o segundo ao terminal da referecircncia e o cabo do ground foi ligado agrave gaiola
Os paracircmetros dos ensaios foram os mesmos que os utilizados para a mediccedilatildeo do ruido
eleacutetrodo-eletroacutelito apresentados na secccedilatildeo 3411 contudo o tempo de aquisiccedilatildeo de sinal foi
reduzido a 5 minutos de modo a minorar o tempo de exposiccedilatildeo dos voluntaacuterios aos exames
3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele
laquoIn vivoraquo estes ensaios foram feitos logo
apoacutes a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico portanto a
superfiacutecie da pele se encontrava limpa e a
colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos obedecia agrave regra dos 3 cm
de distacircncia entre eleacutetrodos e 15-2N de pressatildeo
Para a mediccedilatildeo da impedacircncia eacute utilizada uma
configuraccedilatildeo diferente como referido no capitulo
33 Satildeo portanto utilizados 2 eleacutetrodos
comerciais de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH
Alemanha) um como referecircncia e outro como
contra eleacutetrodo e o eleacutetrodo em estudo
propiamente dito seja este o comercial (controlo)
ou o novo eleacutetrodo (Figura 16)
Os resultados obtidos para as diferentes
frequecircncias aleacutem de poderem ser representados
pelo diagrama de Nyquist como referido anteriormente podem tambeacutem ser representados num
Diagrama de Bode Neste diagrama a distribuiccedilatildeo dos valores de impedacircncia por vaacuterias ordens de
grandeza eacute representada em coordenadas polares (magnitude log|119885| em funccedilatildeo de log120596 )
3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos primariamente limpou-se a superfiacutecie do
escalpe com aacutelcool a 70 de modo a minimizar a camada gordurosa da pele De seguida procedeu-se
agrave colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos Foram colocados dois eleacutetrodos de AgAgCl (comerciais) um de forma a
servir como controlo (posiccedilatildeo O2) e outro em curto-circuito com o ground e a referecircncia (posiccedilatildeo
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino
durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia
29
29
Fp2) O eleacutetrodo poroso em estudo colocou-se a cerca de 3 cm do eleacutetrodo de AgAgCl posiccedilatildeo O2
de modo a captar o mesmo sinal que o obtido pelo eleacutetrodo de controlo (Figura 17)
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos
35 Implementaccedilatildeo em Matlab
Apoacutes a importaccedilatildeo do ficheiro obtido nos ensaios de ruiacutedo para o Matlab foi criado um filtro
Butterworth de ordem 20 de 05 ateacute 40 Hz atraveacutes da funccedilatildeo jaacute implementada pelo Matlab
ldquofdesignbandpassrdquo De seguida eacute aplicado o filtro duas vezes A primeira desde o primeiro ponto ateacute
o uacuteltimo e o segundo na ordem inversa Deste modo consegue-se natildeo soacute uma filtragem dupla mas
tambeacutem o cancelamento da fase dos filtros Assim efetivamente o filtro utilizado eacute de ordem 40 de
fase nula
De seguida eacute dividido o ensaio em segmentos de 30 segundos rejeitando os primeiros 10
segundos do ensaio Para cada segmento natildeo sobreposto eacute calculado o valor RMS da tensatildeo a
densidade espectral de potecircncia atraveacutes da estimaccedilatildeo pwelch do Matlab e o declive meacutedio (primeira
derivada do sinal) Contudo no final eacute calculada tambeacutem a densidade espectral de potecircncia global
que eacute expressa em dB
30
30
31
31
Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos
Resultados obtidos e discussatildeo
41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo
411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos
eleacutetrodos
Neste estudo eacute de extrema relevacircncia a eleiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante a utilizar Para isso
recorreu-se agrave realizaccedilatildeo de vaacuterios ensaios que possibilitassem uma avaliaccedilatildeo objetiva da resposta do
sistema Efetuou-se entatildeo primeiro uma anaacutelise do ruiacutedo ao longo de 12 minutos com os eleacutetrodos
multipino nas diferentes soluccedilotildees (um medido contra o outro) e a respetiva referecircncia de seguida
realizou-se um ensaio para mensurar a resistecircncia agrave passagem de corrente com os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees e a respetiva referecircncia
Assim sendo a Figura 18 revela a impedacircncia dos eleacutetrodos nas diferentes soluccedilotildees testadas
Nesta pode-se observar que a soluccedilatildeo 1 apresenta niacuteveis de impedacircncia ligeiramente mais baixos que
as restantes soluccedilotildees Contudo os seus niacuteveis encontram-se uma deacutecada acima dos valores obtidos
pelo eleacutetrodo e AgAgCl utilizado comercialmente com o respetivo gel hidratante Observa-se ainda
que os desvios padratildeo satildeo tatildeo baixos que quase natildeo satildeo percetiacuteveis o que significa que os ensaios satildeo
bastante reprodutiacuteveis Eacute tambeacutem importante notar que ao longo de todas as frequecircncias testadas
os valores de impedacircncia aleacutem de se encontrarem todos abaixo dos valores maacuteximos permitidos (20-
40 k) [35] encontram-se ainda abaixo dos 5 k referidos como valores de impedacircncia ideal por vaacuterios
fornecedores [40][41] o que eacute de extrema relevacircncia nos passos subsequentes de aquisiccedilatildeo do sinal
uma vez que eacute indispensaacutevel ter baixos niacuteveis de impedacircncia para conseguir captar ondas cerebrais
32
32
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Foram ainda feitas mediccedilotildees de ruiacutedo nas mesmas condiccedilotildees Realizando-se de seguida uma
anaacutelise no domiacutenio temporal e outra no domiacutenio das frequecircncias Para isso como foi referido no
capitulo 35 recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software Matlab A primeira anaacutelise eacute feita no domiacutenio
temporal (Figura 19 (a)) sob a forma de um graacutefico da tensatildeo meacutedia (RMS) em funccedilatildeo do tempo que
eacute obtida apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa-alto de modo a retirar a componente DC do sinal e assim
obter um sinal de ruiacutedo para altas frequecircncias que seraacute representado em periacuteodos de 30 segundos
Deste modo eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees da quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo de
estabilizaccedilatildeo do eleacutetrodo O que se observa eacute que os niacuteveis de ruiacutedo ao longo do tempo variam entre
185 microV ateacute 2 microV o que equivale a uma variaccedilatildeo maacutexima de 015 microV tanto para os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees como para o eleacutetrodo de AgAgCl no respetivo gel hidratante Observa-se
ainda que aleacutem das pequenas variaccedilotildees ao longo do tempo o desvio padratildeo para todas as soluccedilotildees eacute
muito semelhante sugerindo que natildeo haacute diferenccedilas significativas a niacutevel das soluccedilotildees implementadas
Eacute ainda de salientar que natildeo se observa nenhuma evoluccedilatildeo de ruiacutedo ao longo do tempo o que sugere
uma estabilizaccedilatildeo do sistema muito raacutepida A segunda anaacutelise no domiacutenio temporal corresponde ao
declive meacutedio (Figura 19 (b)) foi realizada recorrendo agrave primeira derivada do sinal em DC obtido a
cada 30 segundos Deste graacutefico eacute possiacutevel retirar informaccedilatildeo referente agrave deriva do potencial e ao
tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema Assim recorrendo agrave sua visualizaccedilatildeo observa-se que a
estabilizaccedilatildeo eacute feita de forma semelhante para todas as soluccedilotildees Contudo a soluccedilatildeo 3 apresenta
menos variaccedilotildees ao longo do tempo valores mais proacuteximos de zero e maior reprodutibilidade entre
ensaios Finalmente o teste de controlo efetuado com os eleacutetrodos comerciais de AgAgCl no gel
aparentam ser ligeiramente menos estaacuteveis contudo os valores se encontram na mesma gama de
tensotildees
33
33
Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Para concluir realizou-se uma anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias para isso recorreu-se ao
graacutefico da densidade espectral de tensatildeo (Figura 20) Nele observa-se que os resultados do ruiacutedo do
sinal aumentam com a diminuiccedilatildeo das frequecircncias numa proporccedilatildeo 119903119906iacute119889119900 ~ 1 119891119903119890119902119906ecirc119899119888119894119886frasl
confirmando os estudos feitos por E Huigen em 2002 [20] No entanto estes tendem a estabilizar a
partir dos 10 Hz em valores proacuteximos dos -238 dB Eacute de referir que a para frequecircncias elevadas o
sinal de ruiacutedo eacute determinado pelo ruiacutedo do amplificador e natildeo pelo ruiacutedo da interface metal-eletroacutelito
uma vez que este eacute significativamente menor do que o ruiacutedo do amplificador impedindo assim a sua
mediccedilatildeo mesmo com equipamentos de baixo ruiacutedo [20]
34
34
Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
35
35
a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
36
36
Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
37
37
Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
38
38
Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
39
39
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
40
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
41
41
Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
42
42
Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
43
43
Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
45
45
Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
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Referecircncias
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51
Anexos
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61
Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
AVALIACcedilAtildeO laquoIN VITROraquo E laquoIN VIVOraquo DE BIOELEacuteTRODOS INOVADORES PARA
DETECcedilAtildeO DE SINAIS DE EEG
Vanessa Alexandra Teixeira Pestana
RELATOacuteRIO FINAL ndash DISSERTACcedilAtildeO
Dissertaccedilatildeo realizada no acircmbito do
Mestrado em engenharia biomeacutedica
Orientador Prof Dr Joseacute Carlos Magalhatildees Duque da Fonseca
Coorientador Prof Dr Diamantino Rui da Silva Freitas
Julho 2016
copy Vanessa Teixeira 2016
i
Resumo
Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de bioeleacutetrodos inovadores para
monitorizaccedilatildeo da atividade eleacutetrica cerebral Estes dispensam a utilizaccedilatildeo de geacuteis eletroliacuteticos
conseguindo assim superar as desvantagens dos eleacutetrodos secos ao manterem um contacto huacutemido
atraveacutes de uma soluccedilatildeo hidratante com o escalpe
Esta dissertaccedilatildeo eacute uma das etapas finais do projeto ldquoWICKEEGrdquo projeto tal que se encontra
dividido em trecircs etapas a primeira passa pela produccedilatildeo de uma estrutura porosa (Wick) que serviraacute
de base ao eleacutetrodo seguida pelo desenvolvimento e teste de uma formulaccedilatildeo hidratante com vista
agrave transmissatildeo eficaz do sinal finalmente satildeo efetuados os testes laquoIn vitroraquo e laquoIn vivoraquo do eleacutetrodo
dando-se entatildeo ecircnfase ao processamento do sinal de modo a estabelecer uma comparaccedilatildeo objetiva
com os eleacutetrodos tradicionais
A primeira etapa jaacute se encontra concluiacuteda estando em curso a realizaccedilatildeo das duas etapas
seguintes
Seratildeo entatildeo apresentadas as teacutecnicas e os princiacutepios teoacutericos que levaram ao desenvolvimento
deste projeto assim como os resultados dos testes de desempenho e a sua comparaccedilatildeo com os
eleacutetrodos tradicionais Para isso foram testadas trecircs soluccedilotildees hidratantes com composiccedilotildees distintas
tendo sido os eleacutetrodos testados tanto laquoIn vitroraquo como laquoIn vivoraquo
Os ensaios laquoIn vitroraquo consistiram na mediccedilatildeo da deriva do potencial eleacutetrico dos eleacutetrodos o
ruiacutedo eleacutetrico produzido pelo proacuteprio eleacutetrodo e a mediccedilatildeo da impedacircncia eletroquiacutemica nas
diferentes soluccedilotildees De seguida foram realizados os ensaios laquoIn vivoraquo em 8 voluntaacuterios saudaacuteveis
estes testes foram efetuados na zona anterior da tiacutebia nas mesmas condiccedilotildees Concluiu-se entatildeo que
a soluccedilatildeo contendo 3 de Tween-80 e 10 de propilenoglicol seria a mais adequada para a utilizaccedilatildeo
em ensaios de aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos Deste modo jaacute na parte final do projeto
captaram-se os sinais de EEG em dois voluntaacuterios ao longo de aproximadamente 1 minuto de forma a
comprovar a eficaacutecia do novo conceito de eleacutetrodo desenvolvido Dando como resultado aquisiccedilotildees
bastante promissoras
Palavras-chave Bioeleacutetrodo espectroscopia de impedacircncia ruiacutedo eletroquiacutemico densidade
espectral processamento de sinal EEG
ii
iii
Abstract
This work aims at the development of innovative bioeleacutetrodos for monitoring brain electrical
activity These donrsquot require the use of electrolytic gels thus achieving overcome the disadvantages
of the dried electrodes to maintain a wet contact through a hydrating solution with the scalp
This work was developed within the project WICKEEG This project was divided in three
stages the first involved the production of a porous structure (wick) that is the core structure of
the device then skin moisturizing formulations were developed for the effective transmission of the
signal within the porous structure finally electrode laquoIn vitroraquo and laquoIn vivoraquo tests will be carried on
emphasizing the signal processing being used to establish an objective comparison with traditional
electrodes
The first step has already been completed and the ongoing work focuses on the hydrating
choice and electrode testing
This report will present the techniques and theoretical principles that led to the
development of this project as well as the results of laquoIn vitroraquo tests and its comparison with
traditional electrodes For that they were tested three moisturizing solutions with different
compositions having the electrodes tested both laquoin vitroraquo as laquoin vivoraquo
The laquoIn vitroraquo tests consisted of measuring the electrical potential of the drift of the
electrodes the electric noise produced by the electrode itself and the measurement of
electrochemical impedance in different solutions Then the laquoin vivoraquo trials were performed on 8
healthy volunteers these tests were performed in the anterior zone of the tibia under the same
conditions It was therefore concluded that the solution with 3 of Tween-80 and 10 of
propilenoglicol is the most appropriate for use in assays of EEG signals acquisition Thus in the final
part of the thesis was acquired EEG signals in 2 healthy volunteers over approximately 1 minute in
order to prove the effectiveness of the new electrode concept Resulting on very promising
acquisitions
Keywords bioelectrode impedance spectroscopy biochemical noise power spectral density signal
processing EEG
iv
v
Agradecimentos
Eacute com muita satisfaccedilatildeo que expresso aqui o mais profundo agradecimento a todos aqueles que
tornaram a realizaccedilatildeo deste trabalho possiacutevel
Gostaria antes de mais de agradecer ao meu orientador Prof Dr Joseacute Carlos Magalhatildees Duque
da Fonseca e ao Prof Dr Diamantino Rui da Silva Freitas coorientador da tese pela disponibilidade
pelos conhecimentos transmitidos pelas opiniotildees e criacuteticas e pela dedicaccedilatildeo e incentivo demonstrado
ao longo de todas as fases do projeto
A todos os colegas e pessoas que participaram neste estudo e sem os quais esta investigaccedilatildeo natildeo
teria sido possiacutevel
Agraves minhas amigas Inecircs Seco e Luzia Lampreia pelo companheirismo forccedila e apoio nos momentos
difiacuteceis
Agrave minha matildee por acreditar em mim e estar sempre presente por viver para me proteger pela
preocupaccedilatildeo amizade e apoio incondicional pela forccedila e garra que sempre demonstrou sendo por
isso o meu motivo de orgulho e modelo a seguir
Ao meu pai quem sempre me apoiou e transmitiu valores muito importantes por me ter ensinado
os aspetos da vida que realmente importam pela serenidade e paciecircncia que sempre demonstrou
por escutar sem julgar e sobretudo pela confianccedila e liberdade que sempre me concedeu
Estar-lhes-ei sempre grata pelos sacrifiacutecios que fizeram por mim
Ao meu mano por ser o meu confidente por me apoiar e dar na cabeccedila quando merecia por
cuidar de mim a toda hora e estar sempre disponiacutevel
Agrave minha avoacute Florinda que mesmo estando longe nesta fase da minha vida demonstrou que o
carinho quebra barreiras Quero agradecer-lhe pelo amor e pela forccedila que me ofereceu
vii
Iacutendice
Resumo i
Abstract iii
Agradecimentos v
Iacutendice vii
Lista de figuras ix
Lista de tabelas xiii
Abreviaturas e Siacutembolos xv
Capiacutetulo 1 Introduccedilatildeo 1
Capiacutetulo 2 Enquadramento teoacuterico 7 21 Sistema nervoso 7 211 Propagaccedilatildeo do sinal 8 22 Aquisiccedilatildeo do sinal 9 221 Eleacutetrodos 10 2211 Eleacutetrodos invasivos 11 2212 Eleacutetrodos natildeo invasivos 11 23 Interface do eleacutetrodo com a pele 12 231 Hidrataccedilatildeo da pele 13 2311 O gel para utilizaccedilatildeo com os eleacutetrodos 13 24 Teacutecnicas de revestimento da prata com cloreto de prata 14 25 Novo conceito de eleacutetrodo 15 26 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico 15 261 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio do tempo RMS e Deriva do potencial 18 262 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio das frequecircncias Densidade espectral 18 27 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo da impedacircncia 19
Capiacutetulo 3 Materiais e meacutetodos 23 31 Preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes 23 32 Produccedilatildeo dos novos eleacutetrodos 24 321 Produccedilatildeo da estrutura porosa de policarbonato 24 322 Preparaccedilatildeo dos eleacutetrodos de pratacloreto de prata 24 323 Montagem dos eleacutetrodos 25 33 Preparaccedilatildeo dos ensaios 25 34 Condiccedilotildees dos ensaios 25 341 Ensaios laquoIn vitroraquo 26 3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito 26 3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito 26
viii
342 Ensaios laquoIn vivoraquo 27 3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele 27 3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele 28 3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos 28 35 Implementaccedilatildeo em Matlab 29
Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos 31 41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo 31 411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos eleacutetrodos 31 412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na resposta ao
sistema 34 42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo 37
Capiacutetulo 5 Conclusotildees 47
Referecircncias 49
Anexos 51
ix
Lista de figuras
Figura 1 Eleacutetrodo de superfiacutecie comercial (Eleacutetrodo de controlo) 4
Figura 2 Corte transversal do bioeleacutetrodo de superfiacutecie em estudo com reservatoacuterio para a soluccedilatildeo hidratante 4
Figura 3 Representaccedilatildeo do fluxo ioacutenico durante o potencial de accedilatildeo (Adaptado de [16]) 8
Figura 4 Diagrama de blocos representativo de um sistema para aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos 9
Figura 5 Sistema internacional 10-20 para a colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos em EEG (Adaptado de [17]) 10
Figura 6 Representaccedilatildeo das ondas eletroencefalograacuteficas registadas durante um exame de EEG [5] 10
Figura 7 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da interface com a pele e o seu modelo de circuito eletroacutenico equivalente Adaptado de [14] 12
Figura 8 Eleacutetrodo de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios A representa o fio de prata B a soluccedilatildeo condutora C a esponja do reservatoacuterio e D material de policarbonato de natureza porosa onde se estabelece o contacto com a pele 15
Figura 9 Funccedilatildeo de um filtro passa-baixos 119860119895119891 16
Figura 10 Circuito representativo dos componentes do ruiacutedo do amplificador na entrada segundo o modelo Vn-In 17
Figura 11 Esquema representativo do ensaio potenciostaacutetico para mediccedilatildeo da impedacircncia 21
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato 24
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios 25
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo 27
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo
eletroquiacutemico 27
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia 28
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos 29
x
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os
correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 32
Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 33
Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 34
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 35
Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz
respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 36
Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 37
Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 38
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 39
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 40
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para
os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas 40
Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 42
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 42
Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos 43
xi
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso
com os olhos fechados 43
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 44
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 44
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos 45
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados 45
xiii
Lista de tabelas
Tabela 1 Classificaccedilatildeo convencional dos sinais de EEG tendo em conta a gama de frequecircncias em que se encontram com indicaccedilatildeo das situaccedilotildees tiacutepicas de ocorrecircncia [6] 2
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas 23
xv
Abreviaturas e Siacutembolos
Acroacutenimos
EEG Eletroencefalograma
NMF Natural moisturizer factor
PC Policarbonato
PCA Aacutecido carboxiacutelico da pirrolidona
PVC Policloreto de polivinilo
RMS Root mean square (Erro quadraacutetico meacutedio)
SNR ou SN Signal-to-noise ratio (Relaccedilatildeo sinal-ruiacutedo)
EIS Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica
ICM Interface ceacuterebro-maacutequina
Lista de siacutembolos
Ohm
1
Capiacutetulo 1 Introduccedilatildeo
Introduccedilatildeo
O eletroencefalograma (EEG) eacute o registo graacutefico dos potenciais eleacutetricos desenvolvidos no ceacuterebro
que eacute utilizado para o seu estudo Isto eacute feito atraveacutes de eleacutetrodos aplicados no couro cabeludo
diretamente na superfiacutecie encefaacutelica ou ateacute mesmo dentro da substacircncia encefaacutelica [1] O
procedimento foi descrito pela primeira vez pelo fisiologista alematildeo Emil du Bois-Reymond que
descobriu que a propagaccedilatildeo do estiacutemulo nervoso nos neuroacutenios resultava no surgimento de uma
corrente eleacutetrica Contudo soacute comeccedilou a ser usado em 1929 apoacutes Hans Berger (psiquiatra alematildeo)
ter conseguido obter a primeira imagem graacutefica das diferenccedilas de potencial presentes no ceacuterebro
[1][2] A combinaccedilatildeo dos diferentes sinais eacute captada pelos eleacutetrodos sob a forma de uma diferenccedila
de potencial entre cada par de eleacutetrodos (configuraccedilatildeo bipolar) ou entre cada eleacutetrodo e uma
referecircncia (configuraccedilatildeo monopolar) O princiacutepio baacutesico de obtenccedilatildeo dos traccedilados
eletroencefalograacuteficos (EEG) eacute a amplificaccedilatildeo dos sinais eleacutetricos atraveacutes da utilizaccedilatildeo de
amplificadores operacionais de instrumentaccedilatildeo [1][3][4] Estes dispositivos satildeo capazes de amplificar
pequenas diferenccedilas de potencial entre dois pontos do couro cabeludo gerando de seguida na forma
claacutessica por meio de um dispositivo chamado galvanoacutemetro de fio com registador e na forma atual
por meio de digitalizaccedilatildeo e impressatildeo um traccedilado graacutefico com diferentes formas de onda que podem
ser interpretados por especialistas na aacuterea [1][3]
Natildeo se sabe ainda interpretar completamente o significado das ondas do eletroencefalograma
mas sabe-se que estas satildeo geradas pela atividade sinaacuteptica dos neuroacutenios do coacutertex cerebral e pelas
informaccedilotildees neuro-eleacutetricas provenientes dos sistemas sensoriais Os traccedilados resultantes deste
exame quando o individuo se encontra acordado satildeo essencialmente dessincronizados isto eacute
compostos por ondas de tensotildees reduzidas e frequecircncias relativamente altas (ritmos alfa e beta)
Contudo quando o individuo se encontra a dormir e uma vez que nessa situaccedilatildeo o taacutelamo natildeo deixa
passar tatildeo facilmente a informaccedilatildeo que recebe os traccedilados dos potenciais sinaacutepticos do coacutertex
tornam-se menores menos variados e mais sincronizados [5] As ondas deste tipo podem ser descritas
atraveacutes da sua gama de frequecircncias ou de comprimentos de onda e periacuteodos associados e das
amplitudes sendo estas natildeo superiores aos 150 μV e a gama de frequecircncias encontrando-se entre os
05 e 60 Hz num EEG normal sendo portanto estes paracircmetros de grande importacircncia e a ter em
conta na anaacutelise destas ondas [6] Por convenccedilatildeo os sinais satildeo classificados em quatro bandas de
frequecircncia conforme ilustrado na Tabela 1
2
2
Tabela 1 Classificaccedilatildeo convencional dos sinais de EEG tendo em conta a gama de frequecircncias em
que se encontram com indicaccedilatildeo das situaccedilotildees tiacutepicas de ocorrecircncia [6]
ONDA FREQUEcircNCIA OCORREM DURANTE
Delta lt35 Hz Momentos do sono profundo
Theta 4-7 Hz Meditaccedilatildeo e relaxamento profundo
Alfa 8-13 Hz Estados mentais relaxados e no
sono
Beta gt13 Hz Estado normal de vigila
As designadas mediccedilotildees eletroencefalograacuteficas tecircm sido amplamente desenvolvidas e exploradas
por vaacuterios motivos que incluem a sua elevada resoluccedilatildeo temporal (na ordem dos milissegundos) e a
sua sensibilidade tanto agrave duraccedilatildeo como agrave intensidade da atividade neural resultado da sincronizaccedilatildeo
da atividade dos neuroacutenios Eacute tambeacutem uma teacutecnica muito atrativa uma vez que representa um
baixiacutessimo risco para os pacientes por ser um meacutetodo geralmente natildeo invasivo A teacutecnica EEG tem a
grande vantagem de possuir uma excelente resoluccedilatildeo temporal dos sinais Contudo sua principal
limitaccedilatildeo passa pela resoluccedilatildeo espacial uma vez que a propagaccedilatildeo da atividade eleacutetrica ao longo das
vias fisioloacutegicas e do cracircnio pode dar uma impressatildeo errada da localizaccedilatildeo da fonte da atividade
eleacutetrica resultando numa insuficiecircncia de detalhes espaciais para identificar as estruturas e funccedilotildees
relacionadas com a atividade eleacutetrica Todavia embora o sinal eleacutetrico tenha de ser transmitido
atraveacutes dos tecidos e isto provoca uma reduccedilatildeo da intensidade do sinal e pequenas distorccedilotildees assume-
se que esta atividade eacute a mesma tanto na superfiacutecie do coacutertex (local onde as ondas emergem) como
no escalpe (local onde as ondas satildeo coletadas) [5][7]
Na literatura aparecem relatos do uso de vaacuterios tipos de EEG para avaliar grupos de pacientes com
diferentes doenccedilas tais como tumores enxaquecas depressotildees e esquizofrenia no entanto na
clinica o EEG eacute sobretudo utilizado para diagnosticar doenccedilas vasculares cerebrais demecircncias e
encefalopatias [7][8][9] Todavia as aplicaccedilotildees hoje em dia para este tipo de sinais e seus sistemas
de eleacutetrodos satildeo inuacutemeras podendo-se destacar as interfaces ceacuterebro-maacutequina como uma das
principais Este tipo de interfaces procura atraveacutes das ondas produzidas no foro cerebral controlar
equipamentos sejam estes cliacutenicos ou natildeo Eacute possiacutevel detetar padrotildees de ativaccedilatildeo gerados pelo
ceacuterebro atraveacutes da colocaccedilatildeo de eleacutetrodos e anaacutelise dos sinais eletroencefalograacuteficos recolhidos tanto
no exterior como no interior da superfiacutecie encefaacutelica Os sinais captados indicam a atividade cerebral
do utilizador que apoacutes deteccedilatildeo e classificaccedilatildeo satildeo traduzidos para uma saiacuteda como por exemplo
o movimento de um cursor de um computador associado ao rato ou de qualquer dispositivo artificial
externo Os sinais de EEG natildeo-invasivos satildeo utilizados em aplicaccedilotildees de Interface ceacuterebro maacutequina
(ICM1) pois estes oferecem um niacutevel de qualidade de sinal aceitaacutevel que combina custos reduzidos e
facilidade de utilizaccedilatildeo[10]
Com o surgimento de outros meacutetodos de diagnoacutestico a utilizaccedilatildeo da eletroencefalografia entrou
em decaimento no entanto a associaccedilatildeo desta teacutecnica com o domiacutenio informaacutetico os seus baixos
1 ldquoA Interface ceacuterebro-maacutequina eacute um sistema que permite a interaccedilatildeo entre o utilizador e o meio que o cerca utilizando sinais de controlo gerados por meio da atividade cerebral O aprimoramento das pesquisas em ICM estaacute relacionado principalmente com os avanccedilos da neurofisiologia e computaccedilatildeo As pesquisas iniciais
dedicaram-se ao desenvolvimento de dispositivos de comunicaccedilatildeo de pessoas que perderam o controlo muscular voluntaacuterio (hellip)rdquo Mussatto Greice em [10] Atualmente satildeo frequentemente direcionados para auxiliar aumentar ou reparar a cogniccedilatildeo humana ou as funccedilotildees sensoriais e motoras
3
3
custos (quando comparados com as outras teacutecnicas) a facilidade na realizaccedilatildeo dos exames o pequeno
espaccedilo ocupado pelos equipamentos e a sua natureza inoacutecua vieram a dar-lhe um novo impulso
conquistando um lugar proeminente no diagnoacutestico de vaacuterias patologias cerebrais [11][12] Isso tornou
possiacutevel inclusive o mapeamento cerebral em escala de cores (a gradaccedilatildeo das cores relaciona-se
com a amplitude dos potenciais) muito popular atualmente As teacutecnicas para a obtenccedilatildeo e registo
foram por isso aprimoradas nos uacuteltimos anos evoluindo do registo em papel com um nuacutemero reduzido
de canais ao registo contiacutenuo em equipamentos de ateacute 256 canais acoplado ao registo de viacutedeo digital
atraveacutes de equipamentos dotados com sistemas wireless peccedilas de hardwares e softwares sofisticadas
para armazenamento de dados e complementar a anaacutelise visual atraveacutes da anaacutelise computacional
Contudo embora os avanccedilos informaacuteticos tenham sido importantes para o desenvolvimento desta
teacutecnica a questatildeo do eleacutetrodo a utilizar nas mediccedilotildees eacute essencial uma vez que os bioeleacutetrodos de
superfiacutecie satildeo responsaacuteveis pela captaccedilatildeo dos sinais na interface entre a pele e o equipamento de
aquisiccedilatildeo e registo sendo tambeacutem considerados o elo mais fraco na cadeia de aquisiccedilatildeo de sinal
(constituindo a maior fonte de ruiacutedo e de instabilidade) [12]
Existe uma vasta gama de eleacutetrodos disponiacuteveis incluindo eleacutetrodos de superfiacutecie descartaacuteveis ou
reutilizaacuteveis e eleacutetrodos profundos[13] Dentro dos eleacutetrodos profundos (intracranianos) mais
utilizados encontram-se os eleacutetrodos intracerebrais e os subdurais Eacute importante referir a existecircncia
destes eleacutetrodos contudo os eleacutetrodos abordados neste relatoacuterio satildeo os eleacutetrodos de superfiacutecie ou
seja aqueles que satildeo colocados sobre o escalpe Existem vaacuterias alternativas para a sua classificaccedilatildeo
todavia aqui seratildeo abordadas aquelas que se relacionam com a presenccedila ou ausecircncia de produtos
hidratantes utilizando o termo ldquoeleacutetrodos huacutemidosrdquo para aqueles que necessitam de uma soluccedilatildeo
hidratantegel e ldquoeleacutetrodos secosrdquo para aqueles que natildeo a exigem
Os principais tipos de eleacutetrodos utilizados na cliacutenica atualmente para a recolha de sinais
eletroencefalograacuteficos satildeo os eleacutetrodos de prata ouro e estanho Um eleacutetrodo do tipo Prata-Cloreto
de Prata (AgAgCl) (Figura 1) eacute um tipo de eleacutetrodo considerado como tendo caracteriacutesticas desejaacuteveis
de qualidade e estabilidade que o tornam em geral um eleacutetrodo de referecircncia no estado da arte
sendo vulgarmente utilizado em mediccedilotildees eletroquiacutemicas [14] Os fenoacutemenos que ocorrem quando
um eleacutetrodo metaacutelico entra em contacto com um eletroacutelito estatildeo na base da captaccedilatildeo dos sinais que
se pretende realizar Ocorre uma troca ioacutenica como resultado de uma reaccedilatildeo eletroquiacutemica associada
ao contacto Existindo uma tendecircncia para que os aacutetomos do metal percam eletrotildees e estes passem
para o eletroacutelito (oxidaccedilatildeo) fazendo assim com que o eleacutetrodo fique carregado negativamente no
que diz respeito ao eletroacutelito Contudo natildeo se trata de um processo estaacutetico e por conseguinte ocorre
igualmente a reaccedilatildeo contraacuteria ateacute se estabelecer o equiliacutebrio (reduccedilatildeo) [14] Este processo eacute descrito
pela Equaccedilatildeo de Nernst atraveacutes da qual eacute possiacutevel obter a constante de equiliacutebrio de uma
determinada reaccedilatildeo que envolva transferecircncia de eletrotildees Deste modo para uma reaccedilatildeo de
oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo (redox) temos
minus119899 119865119864 = minus119899 1198651198640 + 119877119879 119897119899 119876 hArr 119864 = 1198640 minus119877119879
119899119865119897119899 119876
( 1 )
Verifica-se que no ponto de equiliacutebrio o valor de Q pode ser descrito como K (contante de
equiliacutebrio da reaccedilatildeo) e considerando a constante universal dos gases perfeitos (R = 831 J K-1 mol-1 )
a carga eleacutetrica de uma mole de eletrotildees (F = 96485 Cmiddotmol-1) e que o ensaio decorre agrave temperatura
ambiente (T = 2982 K (25 degC)) obteacutem-se
E=E0-00257
nlnQ hArr 0=E0-
00257
nlnK hArr E0=
00257
nlnK hArr lnK=
n ∙ E0
00257
( 2 )
4
4
Onde Eordm se obteacutem a partir dos potenciais normais dos eleacutetrodos n eacute o nuacutemero de moles de eletrotildees
transferidos e Q eacute o quociente entre os produtos das atividades de produtos e reagentes na reaccedilatildeo
No caso da pele humana existem pequenas quantidades de NaCl (01-04) desta forma o aniatildeo
cloreto presente iraacute reagir com a prata do eleacutetrodo dando origem a uma diferenccedila de potencial
relacionado com a concentraccedilatildeo de cloreto [3] Portanto as trocas ioacutenicas que ocorrem na pele na
presenccedila deste eleacutetrodo satildeo representadas na ( 3
119860119892 + 119862119897minus 119860119892119862119897 + 119890minus ( 3 )
Este tipo de eleacutetrodos satildeo os mais utilizados hoje em dia na clinica
e satildeo fabricados como o nome o indica em prata agrave qual eacute aplicado um
revestimento de cloreto de prata Trata-se de um metal bem tolerado
pelo organismo humano que permite a obtenccedilatildeo de bons resultados
uma vez que aleacutem disso estes apresentam niacuteveis de ruido reduzidos e
natildeo satildeo facilmente polarizaacuteveis [3] no entanto a sua utilizaccedilatildeo exige
uma preparaccedilatildeo preacutevia da pele e a aplicaccedilatildeo de uma pasta condutora
(gel) que por vezes eacute desconfortaacutevel para o paciente sendo suscetiacutevel
de causar alergias e tornando o processo mais demorado uma vez que
a preparaccedilatildeolimpeza dos eleacutetrodos requer alguns cuidados e deve ser executada por um teacutecnico
Surgiu entatildeo a motivaccedilatildeo para criar novos eleacutetrodos secos que ultrapassassem estas dificuldades
dispensando a utilizaccedilatildeo do gel e a preparaccedilatildeo da pele todavia uma vez que o contacto liacutequido estaacute
ausente a impedacircncia interfacial eacute consideravelmente mais elevada (1 M contra 10-20 k)
refletindo-se numa maior sensibilidade ao movimento e de maneira geral na presenccedila de um maior
niacutevel de ruiacutedo o que exige preacute-amplificaccedilatildeo integrada Os custos associados agrave produccedilatildeo deste tipo de
eleacutetrodo satildeo tambeacutem mais elevados do que no caso dos eleacutetrodos convencionais
De modo a resolver estes problemas foi desenvolvido um novo
tipo de bioeleacutetrodo (Figura 2) [15] o qual tem a capacidade de
manter huacutemido o ponto de contacto com a pele evitando contudo
a utilizaccedilatildeo de pastas condutoras Este efeito foi conseguido usando
o princiacutepio da caneta de feltro o contacto com o escalpe eacute efetuado
a partir de vaacuterios pinos fabricados a partir de um poliacutemero poroso
acoplado a um pequeno reservatoacuterio com uma soluccedilatildeo hidratante os
pinos forneceratildeo entatildeo de forma controlada pelos efeitos
combinados da capilaridade e gravidade a soluccedilatildeo hidratante ao
ponto de contacto com o escalpe A sua forma oferece tambeacutem
muacuteltiplos pontos de contacto de modo a minimizar o ruiacutedo e obter
melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
O desenvolvimento destes eleacutetrodos compreenderaacute varias fases a primeira fase a implementar
seraacute a fabricaccedilatildeo da superfiacutecie porosa atraveacutes da compressatildeo de poacutes de policarbonato (PC) de seguida
seraacute feita a montagem dos diferentes componentes do eleacutetrodo nomeadamente a esponja o frio de
prata e o tubo de policloreto de polivinilo (PVC) que funcionaraacute como reservatoacuterio Finalmente seratildeo
preparadas e testadas vaacuterias soluccedilotildees com os mesmos componentes em diferentes concentraccedilotildees de
modo a concluir qual soluccedilatildeo fornece uma melhor hidrataccedilatildeo da pele otimizando assim os resultados
Figura 1 Eleacutetrodo de superfiacutecie comercial (Eleacutetrodo de controlo)
Figura 2 Corte transversal do bioeleacutetrodo de superfiacutecie em estudo com reservatoacuterio
para a soluccedilatildeo hidratante
5
5
6
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7
7
Capiacutetulo 2 Enquadramento teoacuterico
Enquadramento teoacuterico
A EEG eacute um registo associado a uma teacutecnica cliacutenica que se baseia na aquisiccedilatildeo dos sinais produzidos
no coacutertex cerebral A obtenccedilatildeo dos mesmos eacute possiacutevel uma vez que aiacute existem ceacutelulas excitaacuteveis
capazes de conduzir os impulsos nervosos os neuroacutenios Estes impulsos geram correntes eleacutetricas
atraveacutes do corpo da ceacutelula ateacute uma zona chamada zona de disparo Neste local as correntes dirigem-
se ao espaccedilo extracelular provocando uma diferenccedila de potencial que desencadearaacute um novo estiacutemulo
na proacutexima ceacutelula e que contribuiraacute para a produccedilatildeo dos referidos sinais
21 Sistema nervoso
O sistema nervoso eacute responsaacutevel pela maioria das funccedilotildees de controlo no organismo coordenando
e regulando as atividades corporais Isto eacute feito atraveacutes da interpretaccedilatildeo e resposta a estiacutemulos Este
sistema eacute convencionalmente dividido em duas categorias o sistema nervoso central (SNC) que se
verifica tratar do desenvolvimento das respostas aos estiacutemulos e o sistema nervoso perifeacuterico (SNP)
o responsaacutevel pela conduccedilatildeo do estiacutemulo nervoso No caso do SNC podem distinguir-se vaacuterios oacutergatildeos
o enceacutefalo (constituiacutedo pelo ceacuterebro cerebelo e tronco encefaacutelico) e a espinal medula Jaacute no caso do
SNP esta divisatildeo eacute feita atraveacutes da distinccedilatildeo entre nervos cranianos ou espinhais [16] Os nervos satildeo
essencialmente um conjunto de axoacutenios e dendrites de vaacuterios neuroacutenios
Os neurocircnios que datildeo origem aos nervos satildeo ceacutelulas com capacidade excitatoacuteria capazes de
transmitir sinais nervosos Contudo as ceacutelulas da glia tambeacutem presentes no sistema nervoso
sobretudo nos nervos satildeo as principais responsaacuteveis pela propagaccedilatildeo orientada do estiacutemulo uma vez
que ao recobrirem o axoacutenio criam circuitos neuronais independentes [16]
Os axoacutenios transmitem pulsos eleacutetricos devido agrave presenccedila de canais ioacutenicos que abrem e fecham
de modo a controlar as concentraccedilotildees dos diferentes iotildees nos meios interno e externo da ceacutelula
8
8
211 Propagaccedilatildeo do sinal
Um impulso nervoso origina a transmissatildeo de um sinal codificado ao longo da membrana do
neuroacutenio Para compreender esta transmissatildeo dentro do proacuteprio neuroacutenio eacute necessaacuterio conhecer o
conceito de potenciais de repouso e de accedilatildeo
N as fases em que se verifica existir potenciais de repouso os iotildees de soacutedio entram para a ceacutelula
atraveacutes de transporte passivo uma vez que a concentraccedilatildeo destes eacute menor no interior da ceacutelula (a
favor do gradiente de concentraccedilatildeo) Posteriormente daacute-se a sua expulsatildeo de forma ativa ao mesmo
tempo que entram iotildees de potaacutessio ativamente Finalmente os iotildees de potaacutessio voltam passivamente
ao exterior da membrana outorgando agrave ceacutelula uma carga positiva Diz-se entatildeo que esta se encontra
polarizada Nas ceacutelulas nervosas o potencial de membrana ronda os -90mV [6]
Os potenciais de accedilatildeo satildeo os responsaacuteveis pela propagaccedilatildeo do estiacutemulo nervoso contudo a sua
duraccedilatildeo natildeo ultrapassa alguns milissegundos (ver a Figura 3) Esta propagaccedilatildeo ocorre quando o
potencial de membrana que se encontra nos -90mV passa a ocupar valores de -50 a -70mV devido a
uma perturbaccedilatildeo externa de modo a responder a esta situaccedilatildeo ocorre a passagem por difusatildeo dos
iotildees de soacutedio para o interior da ceacutelula resultando na alteraccedilatildeo dos potenciais ateacute entatildeo negativos
para valores que podem chegar a +35mV De seguida a ceacutelula expulsa ativamente o soacutedio alterando
assim o potencial para aproximadamente -95mV Daacute-se entatildeo a repolarizaccedilatildeo atraveacutes da bomba de
Na+K+ ou seja a ceacutelula volta agraves condiccedilotildees iniciais [6]
Apoacutes um sinal ser transportando atraveacutes de um neuroacutenio eacute necessaacuterio que este seja comunicado
ao neuroacutenio seguinte de modo a manter a transmissatildeo do impulso Esta transferecircncia daacute-se em locais
especiacuteficos e pode ser feita eletricamente (atraveacutes de iotildees) ou quimicamente (atraveacutes de uma fenda
sinaacuteptica onde um neurotransmissor eacute libertado e se liga a recetores especiacuteficos do neuroacutenio poacutes-
sinaacuteptico) [6][16]
Figura 3 Representaccedilatildeo do fluxo ioacutenico durante o potencial de accedilatildeo (Adaptado de [16])
9
9
22 Aquisiccedilatildeo do sinal
Eacute impossiacutevel medir a atividade eleacutetrica gerada por um uacutenico neuroacutenio contudo a aquisiccedilatildeo do
sinal electroencefalograacutefico soacute eacute possiacutevel graccedilas agrave emissatildeo parcialmente sincronizada do impulso
nervoso numa parte significativa do coacutertex cerebral Deste modo o EEG reflete o somatoacuterio da
atividade siacutencrona de milhares de neuroacutenios com uma orientaccedilatildeo espacial semelhante assessorando
assim a aquisiccedilatildeo de um sinal reprodutiacutevel e mensuraacutevel que possibilita uma interpretaccedilatildeo fidedigna
[16]
Esta teacutecnica permite o registo da atividade eleacutetrica do ceacuterebro Eacute um procedimento raacutepido
simples e indolor no qual os impulsos eleacutetricos do ceacuterebro satildeo amplificados e registrados em papel
atraveacutes de um galvanoacutemetro ou em formato digital O seu interesse prende-se natildeo soacute com os baixos
custos da teacutecnica como tambeacutem com a obtenccedilatildeo em tempo real destes sinais de modo a conseguir
diagnosticar eventuais anomalias
A EEG quando comparada com outras teacutecnicas como por exemplo o eletrocardiograma (ECG)
apresenta uma maior dificuldade na obtenccedilatildeo dos dados uma vez que a tensatildeo a captar eacute de muito
menor amplitude os sinais por vezes encontram-se na regiatildeo do ruiacutedo eleacutetrico e aleacutem disso os
amplificadores comuns natildeo fornecem uma banda de funcionamento que consiga amplificar o sinal de
forma eficaz o que exige a utilizaccedilatildeo de amplificadores especialmente desenhados [6] Contudo
estas limitaccedilotildees natildeo impediram o avanccedilo desta tecnologia Ao longo do tempo as teacutecnicas de obtenccedilatildeo
dos dados foram-se aprimorando tendo chegado na fase de maturidade agrave arquitetura ilustrada na
Figura 4 em que a saiacuteda eacute representada em papel desenhada por canetas conduzidas por mecanismos
controlados por galvanoacutemetros Hoje em dia os sistemas evoluiacuteram sobretudo na parte final atraveacutes
da digitalizaccedilatildeo dos sinais filtrados e seu armazenamento num dispositivo digital Desta forma torna-
se muito mais flexiacutevel a fase de visualizaccedilatildeo dos sinais que eacute feita em monitores graacuteficos de
computador bem como a fase de armazenamento e arquivo e criaccedilatildeo de fichas de exame A
digitalizaccedilatildeo permite o processamento digital dos sinais a fim principalmente de os caracterizar do
ponto de vista morfoloacutegico e assim contribuir para a classificaccedilatildeo do ponto de vista cliacutenico
Figura 4 Diagrama de blocos representativo de um sistema para aquisiccedilatildeo de sinais
eletroencefalograacuteficos
A EEG eacute realizada atraveacutes da colocaccedilatildeo de eleacutetrodos no couro cabeludo obedecendo o
posicionamento dos mesmos a regras especiacuteficas pois a sua localizaccedilatildeo influencia os sinais captados
10
10
De modo a facilitar a comparaccedilatildeo dos resultados eacute habitualmente utilizado um sistema se
colocaccedilatildeo padratildeo chamado 10-20 (Figura 5) Segundo este padratildeo os locais onde os eleacutetrodos satildeo
colocados satildeo denominados por letras de acordo com as aacutereas cerebrais adjacentes seguidas de um
nuacutemero impar se o eleacutetrodo se encontrar no lado esquerdo da cabeccedila ou par se for no lado direito
[6]
Apoacutes a obtenccedilatildeo do sinal contiacutenuo de EEG eacute
possiacutevel distinguir vaacuterios tipos de ondas de acordo
com a sua amplitude e frequecircncia A amplitude das
ondas pode ir ateacute aos 200 μV e a frequecircncia ateacute 30Hz
A Figura 6 representa os diferentes tipos de ondas
As ondas delta satildeo ondas da mais baixa frequecircncia
e amplitudes elevadas que ocorrem em momentos do
sono profundo por outro lado as ondas teta
encontram-se na gama de frequecircncias de 4-7 Hz
contudo
continuam a apresentar grandes amplitudes e ocorrem
em estaacutegios de meditaccedilatildeo e relaxamento profundo as
ondas alfa apresentam por sua vez amplitudes meacutedias
e frequecircncias compreendidas entre os 8 e os 13 Hz
correspondendo a estados mentais relaxados no sono
Finalmente as ondas beta satildeo as de mais elevada
frequecircncia (gt13 Hz) com amplitudes de cerca de 10 μV
e ocorrem quando existe um estimulo visual ou no estado
normal de vigiacutelia [6]
221 Eleacutetrodos
Os eleacutetrodos constituem a interface entre o escalpe e o equipamento de mediccedilatildeo No caso de um
eleacutetrodo huacutemido quando a parte metaacutelica entra em contacto com o eletroacutelito tem lugar um processo
de oxidaccedilatildeoreduccedilatildeo de iotildeesaacutetomos que daacute lugar ao aparecimento de um potencial caracteriacutestico
As propriedades fiacutesico-quiacutemicas tanto do eleacutetrodo como do eletroacutelito afetam o valor do potencial
Quando eleacutetrodos idecircnticos satildeo submersos num eletroacutelito homogeacuteneo ambos assumem o mesmo
potencial com respeito ao eletroacutelito Contudo eleacutetrodos diferentes colocados nas mesmas condiccedilotildees
apresentam potenciais diferentes [6] Deste modo eacute sensato concluir que a amplitude do potencial
depende do material de que o eleacutetrodo eacute feito Por esse motivo os eleacutetrodos utilizados na cliacutenica satildeo
comumente produzidos com prata e cloreto de prata uma vez apresentam uma resistecircncia agrave passagem
Figura 5 Sistema internacional 10-20 para
a colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos em EEG
(Adaptado de [17])
Figura 6 Representaccedilatildeo das ondas eletroencefalograacuteficas registadas durante um
exame de EEG [5]
11
11
de corrente natildeo elevada e os seus niacuteveis de impedacircncia satildeo estaacuteveis ao longo de uma ampla gama de
frequecircncias
Contudo o material natildeo eacute o uacutenico paracircmetro que varia para escolher um eleacutetrodo Dependendo
das necessidades existem tambeacutem variedades morfoloacutegicas como os eleacutetrodos invasivos e os natildeo-
invasivos
2211 Eleacutetrodos invasivos
Dentro dos eleacutetrodos invasivos (intracranianos) os mais utilizados satildeo os eleacutetrodos profundos
intracerebrais e os subdurais [13] Os primeiros consistem em eleacutetrodos em forma de agulha feitos
de material flexiacutevel com muacuteltiplos pontos de contacto para registo Satildeo ideais para o registo de
atividade em aacutereas distantes da superfiacutecie Proporcionam ainda um registo preciso da regiatildeo
volumeacutetrica adjacente a cada ponto de registo no entanto a extensatildeo da dita aacuterea eacute limitada [18]
Portanto o uso deste tipo de eleacutetrodos eacute ideal apoacutes os resultados dos exames natildeo-invasivos sugerirem
um ldquoalvordquo provaacutevel Os eleacutetrodos subdurais que podem ser do tipo placa ou tira de silicone com
muacuteltiplos contatos de registo satildeo ideais para o registo de aacutereas extensas do coacutertex [14] Contudo os
eleacutetrodos subdurais podem natildeo registar adequadamente alteraccedilotildees localizadas em profundidade
Este tipo de eleacutetrodos deve apresentar dimensotildees reduzidas de modo a que o dano provocado no
tecido cerebral seja miacutenimo Devem tambeacutem apresentar locais de aplicaccedilatildeo suficientes para recolher
potenciais de muitos neuroacutenios simultaneamente No entanto devido agrave sua natureza altamente
invasiva soacute satildeo usados em casos especiais em que o seu uso pode trazer grandes benefiacutecios para o
paciente
2212 Eleacutetrodos natildeo invasivos
O foco deste estudo centra-se nos eleacutetrodos natildeo invasivos eleacutetrodos colocados na superfiacutecie do
escalpe O contacto entre o eleacutetrodo e a pele eacute facilitado (impedacircncia reduzida) pela utilizaccedilatildeo de
gel e se for esse o caso estaacute-se perante o caso dos eleacutetrodos huacutemidos Contudo a aplicaccedilatildeo deste
gel requer uma preparaccedilatildeo preacutevia da pele que por vezes pode ser demorada suscetiacutevel de
desencadear reaccedilotildees aleacutergicas e desconfortaacutevel para o paciente [3] Surgiu entatildeo a alternativa dos
eleacutetrodos secos eleacutetrodos capazes de aquirir sinais que dispensam a utilizaccedilatildeo de soluccedilotildees todavia
como resultado da ausecircncia do gel ou pasta condutora a impedacircncia interfacial eacute muito mais elevada
tornando indispensaacutevel a integraccedilatildeo de um andar de preacute-amplificaccedilatildeo no eleacutetrodo
Procurando contornar as dificuldades de cada teacutecnica optou-se pelo desenvolvimento de um
bioeleacutetrodo inovador que dispensa a utilizaccedilatildeo de gel mas que apesar disso manteacutem um bom contacto
com a pele humidificando-a
Entre os materiais disponiacuteveis para a fabricaccedilatildeo de eleacutetrodos encontram-se o accedilo inoxidaacutevel o
ouro (Au) o oacutexido de iriacutedio (IrO2)) a prata (Ag) etc [14] tendo-se optado por utilizar um fio de
prata revestido com uma fina camada de cloreto de prata uma vez que os eleacutetrodos fabricados com
12
12
este material apresentam niacuteveis de ruiacutedo reduzidos grande estabilidade do potencial eleacutetrico na gama
de frequecircncias utilizada e uma impedacircncia interfacial baixa [14][19]
23 Interface do eleacutetrodo com a pele
A pele eacute um oacutergatildeo que cobre e protege o corpo e que se observa estar organizado em muacuteltiplas
camadas Eacute composta de trecircs camadas principais a epiderme a derme e a hipoderme cada uma
delas com carateriacutesticas estruturais especiacuteficas que levam a diferentes niacuteveis de condutividade
eleacutetrica e que podem ser representados atraveacutes de modelos baseados em componentes eleacutetricos
baacutesicos [14] Podemos entatildeo do ponto de vista eleacutetrico simular os tecidos bioloacutegicos a partir de um
circuito eleacutetrico formado por resistecircncias e condensadores dispostos em redes com seacuteries e paralelos
agindo estes como condutores ou dieleacutetricos nos quais o fluxo de corrente seguiraacute o caminho de
menor oposiccedilatildeo (Figura 7) Um exemplo ilustrativo desta situaccedilatildeo estaacute representado para o stratum
corneum a camada mais perifeacuterica da epiderme como este tecido eacute relativamente pouco condutor
apresenta uma elevada impedacircncia agrave transmissatildeo das correntes eleacutetricas [20] Assim devido agraves suas
propriedades dieleacutetricas a sua pequena espessura e o seu posicionamento entre o eleacutetrodo condutor
exterior e os tecidos subjacentes mais condutores eacute possiacutevel a sua representaccedilatildeo por meio de um
condensador de placas paralelas
Figura 7 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da interface com a pele e
o seu modelo de circuito eletroacutenico equivalente Adaptado de [14]
O valor da capacidade eleacutetrica da pele estaacute relacionado com a espessura e composiccedilatildeo da camada
coacuternea e tem um valor tiacutepico no intervalo 002-006 microFcm2 [14]
Por outro lado uma vez que alguns iotildees conseguem atravessar o stratum corneum atraveacutes dos
elementos da pele (foliacuteculos do cabelo suor canais das glacircndulas sebaacuteceas imperfeiccedilotildees da pele)
isso pode ser representado coletivamente por uma resistecircncia que seraacute colocada em paralelo com o
condensador Como as camadas subjacentes agrave epiderme satildeo relativamente condutoras representam-
se por uma resistecircncia em seacuterie adicional A presenccedila de uma elevada densidade de foliacuteculos pilosos
(que atuam como derivaccedilotildees de baixa resistecircncia) daacute origem a um valor muito baixo na resistecircncia da
13
13
pele No entanto esta observaccedilatildeo eacute contrabalanccedilada pela dificuldade em fazer contato mecacircnico e
eleacutetrico firme Em tais casos a impedacircncia da pele eacute muito elevada e por vezes eacute necessaacuterio recorrer
agrave remoccedilatildeo dos pelos antes de realizar o exame [14]
231 Hidrataccedilatildeo da pele
O processo de hidrataccedilatildeo da pele humana acontece por duas vias a interna e a externa [21] No
caso da via interna isto acontece quando os queratinoacutecitos migram atraveacutes da derme e sofrem
alteraccedilotildees significativas uma vez que paralelamente a esse processo satildeo libertados liacutepidos e o fator
de hidrataccedilatildeo natural da pele (NMF - Natural moisturizer factor) No caso dos liacutepidos estes formam
uma barreira para a perda de aacutegua e ajudam a reter a hidrataccedilatildeo natural da pele Jaacute no caso da
hidrataccedilatildeo por via externa esta acontece quando introduzimos na pele substacircncias cosmeacuteticas e
farmacecircuticas com capacidades de humedecer as camadas externas da pele para isso na produccedilatildeo
destas substacircncias satildeo utilizadas principalmente trecircs tipos de ingredientes (1) os humectantes que
Incluem a glicerina a ureia e o aacutecido carboxiacutelico da pirrolidona (PCA) que atuam atraindo a aacutegua das
camadas inferiores da derme e ajudando a manter essa aacutegua no estrato coacuterneo (2) os agentes oclusivos
que aumentam os niacuteveis de humidade proporcionando uma barreira fiacutesica para a perda de aacutegua (ceras
oacuteleos e silicones) (3) os emolientes que procuram restaurar os NMF [21]
2311 O gel para utilizaccedilatildeo com os eleacutetrodos
O gel utilizado nos eleacutetrodos serve para (1) assegurar um bom contacto eleacutetrico com a pele do
paciente (2) facilitar a transferecircncia de carga na interface eleacutetrodo-eletroacutelito e assim (3) diminuir
a impedacircncia do estrato coacuterneo [14]
Existem dois tipos de gel o gel huacutemido normalmente denominados como pasta creme ou
substacircncia gelatinosa e o hidrogel Os primeiros satildeo geralmente compostos por aacutegua um agente
espessante bactericidasfungicidas sais ioacutenicos e um surfatante O sal ioacutenico tem como finalidade
conferir condutividade eleacutetrica ao gel e diminuir a impedacircncia eleacutetrica da pele atraveacutes da sua difusatildeo
na mesma Normalmente os sais utilizados satildeo o cloreto de soacutedio (NaCl) ou de potaacutessio (KCl) uma vez
que a maior parte dos iotildees presentes na superfiacutecie da pele humana satildeo o cloreto o soacutedio e o potaacutessio
permitindo assim que elevadas concentraccedilotildees destes sais sejam melhor toleradas pelo corpo
[14][18][22] Por outro lado o hidrogel eacute um gel soacutelido que incorpora hidrocoloacuteides naturais no
entanto a utilizaccedilatildeo destes agentes naturais por vezes provoca desempenhos variaacuteveis e cores pouco
atrativas levando assim agrave utilizaccedilatildeo de hidrocoloacuteides artificiais de modo a eliminar variabilidades
indesejadas
O hidrogel tecircm tendecircncia a causar menos irritaccedilotildees na pele quando comparado com o gel huacutemido
porque o hidrogel limita-se a garantir um bom contato eleacutetrico entre a pele e o eleacutetrodo sem afetar
as propriedades do stratum corneum [14]
14
14
O hidrogel eacute eletricamente mais resistivo do que o gel no entanto esta desvantagem eacute
compensada tanto pela utilizaccedilatildeo de maiores aacutereas com hidrogel como tambeacutem pela diminuiccedilatildeo da
espessura da camada do mesmo Contudo isto natildeo eacute suficiente uma vez que o hidrogel natildeo eacute tatildeo
eficaz na hidrataccedilatildeo da pele (tem tendecircncia a absorver humidade) dando assim como resultado um
aumento na impedacircncia da pele [14]
24 Teacutecnicas de revestimento da prata com cloreto de prata
Finas camadas de um determinado metal depositado sobre um substrato desemprenham
muitas vezes uma funccedilatildeo essencial em muitos dispositivos como por exemplo nos circuitos integrados
No caso dos eleacutetrodos eacute necessaacuterio revestir os fios de prata com finas camadas de cloreto de prata
com o intuito de auxiliar a concretizaccedilatildeo das trocas ioacutenicas referidas no capiacutetulo 1 equaccedilatildeo (1) de
modo a ter-se uma transduccedilatildeo do sinal ioacutenico num sinal eleacutetrico de forma eficaz e reversiacutevel Estas
camadas devem apresentar caracteriacutesticas rigorosamente controladas A espessura a estrutura
atoacutemica e a composiccedilatildeo quiacutemica devem ser uniformes [14][18] Eacute tambeacutem importante que exista
pouca ou nenhuma contaminaccedilatildeo por outras partiacuteculas
As propriedades dos filmes satildeo altamente dependentes dos processos de deposiccedilatildeo Estes
devem ter boa aderecircncia e prover uma boa cobertura Deste modo para a preparaccedilatildeo da prata para
eleacutetrodos a teacutecnica a utilizar deve ser a deposiccedilatildeo eletroquiacutemica atraveacutes de um processo que envolve
a deposiccedilatildeo de um material soacutelido por meio de uma reaccedilatildeo quiacutemica com ou sem recurso a energia
externa Neste caso os substratos de prata satildeo submersos numa soluccedilatildeo contendo um agente oxidante
(por exemplo cloreto feacuterrico) produzindo assim uma fina camada de cloreto de prata ( ( 4)
Ag + + FCl3 FeCl2 + Ag ( 4 )
Em geral a deposiccedilatildeo por electroless plating de um metal envolve a deposiccedilatildeo de um
revestimento metaacutelico a partir dos seus iotildees presentes num banho aquoso sobre uma superfiacutecie atraveacutes
de uma reaccedilatildeo de reduccedilatildeo quiacutemica controlada que eacute ativada pelo metal que estaacute a ser depositado
(reduzido) [23] Os revestimentos obtidos atraveacutes da implementaccedilatildeo desta teacutecnica satildeo geralmente
uniformes duros com elevadas resistecircncias agrave corrosatildeo e ao desgaste e apresentam baixo coeficiente
de fricccedilatildeo [24][25]
Existe contudo uma enorme variedade de meacutetodos eletroquiacutemicos que permitem a
oxidaccedilatildeodeposiccedilatildeo de finas camadas de cloreto de prata tais como a deposiccedilatildeo assistida por plasma
ou por feixes de iotildees o sputtering a deposiccedilatildeo quiacutemica e a deposiccedilatildeo fiacutesica em fase de vapor etc
[25] Todavia a execuccedilatildeo destes processos envolve a utilizaccedilatildeo de equipamentos altamente
especializados em ambiente de vaacutecuo vaacuterias soluccedilotildees e um campo eleacutetrico de modo a possibilitar a
transformaccedilatildeo de energia quiacutemica em energia eleacutetrica e vice-versa Finalmente um meacutetodo tambeacutem
bastante usado eacute a sinterizaccedilatildeo de poacute de cloreto de prata sobre o substrato metaacutelico dando origem
a um revestimento espesso e poroso
15
15
25 Novo conceito de eleacutetrodo
O desenvolvimento do novo tipo de bioeleacutetrodo busca
colmatar as lacunas presentes nos eleacutetrodos disponiacuteveis
comercialmente (dos tipos huacutemido e seco) Tentando manter as
melhores carateriacutesticas de cada tipo de eleacutetrodo Para isso eacute
necessaacuterio desenvolver o eleacutetrodo com materiais condutores que
possibilitem as trocas ioacutenicas e aleacutem disso tenha a capacidade
de manter huacutemido o ponto de contacto com a pele de forma a
diminuir a impedacircncia na interface mas sem usar pastas ou gel
que sujam a pele
A hidrataccedilatildeo da pele por via externa nos ensaios a
realizar eacute feita atraveacutes da aplicaccedilatildeo de diferentes soluccedilotildees
hidratantes que se encontram embebidas numa esponja num
reservatoacuterio existente no eleacutetrodo (Figura 8) Estas soluccedilotildees tecircm a capacidade de migrar atraveacutes do
eleacutetrodo atraveacutes do efeito de capilaridade e gravidade uma vez que a base do eleacutetrodo eacute feita de
policarbonato com porosidade aberta adequada ao fenoacutemeno da capilaridade
O desenvolvimento deste bioeleacutetrodo inovador possibilita tambeacutem uma colocaccedilatildeo raacutepida
coacutemoda e segura Uma vez que estes passam a ser colocados com uma touca
Finalmente eacute tambeacutem importante referir que a forma do eleacutetrodo em multipino permitiraacute
numerosos pontos de contacto de modo a minimizar a impedacircncia do mesmo contribuindo para a
obtenccedilatildeo de melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
26 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
O ruiacutedo eacute um sinal interferente de natureza aleatoacuteria que provoca a degradaccedilatildeo de sinal
durante o seu processamento Em eletroacutenica diz respeito a quaisquer correntes ou tensotildees indesejadas
que mascaram o sinal que realmente interessa
Nos dispositivos e circuitos eletroacutenicos existem inuacutemeras fontes de ruiacutedo dai a importacircncia
na sua caraterizaccedilatildeo
Um tipo importante de ruiacutedo eacute o ruiacutedo de Johnson-Nyquist presente nos portadores de carga
e em todos os elementos com resistecircncia eleacutetrica Este tipo de ruiacutedo eacute caraterizado por uma densidade
espectral de potecircncia (do inglecircs power spectral density - PSD) uniforme e forma de onda gaussiana
[26]
O ruiacutedo de Johnson-Nyquist eacute comumente chamado ruiacutedo teacutermico e a sua tensatildeo eficaz pode
ser calculado atraveacutes da ( 5 para uma resistecircncia eleacutetrica R
Vt= radic4∙k∙T∙B∙R=radic16times1020
∙B∙R ( 5 )
Figura 8 Eleacutetrodo de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios A representa o fio de prata B a soluccedilatildeo condutora C a esponja do reservatoacuterio e D material de policarbonato de natureza porosa onde se estabelece o contacto com a pele
16
16
onde k representa a constante de Boltzmann em JK T a temperatura da resistecircncia em K B
a banda equivalente de ruiacutedo e R o valor da resistecircncia em Ohm
Para o caacutelculo da banda equivalente de ruiacutedo considera-se que o sistema tem uma funccedilatildeo de
transferecircncia do tipo 1198810
119881119894frasl = 119860(119895119891) e estaacute sujeito a uma entrada de ruiacutedo de PSD 119878119881119894
Deste modo
obtemos que o valor meacutedio da tensatildeo de ruiacutedo na saiacuteda para um amplificador seraacute
1198811198990
2 = int 119878119881119894 |A(jf)|2 partfinfin
0
( 6 )
Sendo |119860(119895119891)| usualmente uma funccedilatildeo do tipo
Figura 9 Funccedilatildeo de um filtro passa-baixos |119912(119947119943)|
Uma vez que as regiotildees sombreadas satildeo iguais pode-se simplificar o caacutelculo atraveacutes da aacuterea
de um retacircngulo com a mesma aacuterea que o quadrado da funccedilatildeo de transferecircncia Temos entatildeo que a
banda equivalente eacute dada por
B=1
|A0|2int |A(jf)|2 partf
infin
0
( 7 )
Outro tipo de ruiacutedo presente nos equipamentos eletroacutenicos que eacute interessante estudar eacute o
ruiacutedo ldquoshotrdquo ou ruiacutedo de corrente (Ish) que como o nome indica estaacute associado agrave corrente DC que
flui atraveacutes de uma barreira de potencial e pode ser representado por
Ish= radic2∙q∙IDc∙B ( 8 )
Onde q representa a carga eletroacutenica em coulomb e IDC a corrente contiacutenua meacutedia em ampere
Finalmente outro tipo de ruiacutedo a estudar seraacute o ruiacutedo 1f ldquoflickerrdquo ou ruiacutedo de contacto (If)
que ocorre devido agraves diferenccedilas nos niacuteveis de energia eleacutetricos quando existe um contato imperfeito
entre dois materiais Este tipo de ruiacutedo pode ser calculado atraveacutes de
119868119891 = 119870 ∙ 119868119863119888 ∙ radic119861
radic119891 ( 9 )
Onde K eacute um valor constante que depende do material e da geometria
A baixas frequecircncias este ruiacutedo eacute chamado de ruiacutedo ldquo1frdquo devido agrave tendecircncia caracteriacutestica
de decrescimento com a frequecircncia Eacute importante notar que a magnitude do ruido ldquoflickerrdquo pode ser
17
17
muito grande para pequenas frequecircncias o que leva a que seja a forma de ruiacutedo predominante em
circuitos de baixa frequecircncia
Considerando o ruiacutedo total como adiccedilatildeo das contribuiccedilotildees dos vaacuterios tipos de ruiacutedo na
configuraccedilatildeo eleacutetrica adotada para um amplificador pode-se considerar que o ruiacutedo na entrada segue
a representaccedilatildeo da Figura 10 da qual eacute possiacutevel retirar que
1198681198992 =
1198811198991199052 minus 119881119899
2 minus 1198811199052
1198771199042 ( 10 )
Na praacutetica In pode ser calculado atraveacutes da PSD do ruiacutedo total obtido com uma resistecircncia
elevada de modo a que 1198811198990≫ 119860radic119881119899
2 ∙ 1198811199052 e que Vn eacute a PSD do sistema com a entrada em curto circuito
Figura 10 Circuito representativo dos componentes do ruiacutedo do amplificador na entrada segundo o modelo Vn-In
No corpo humano a captaccedilatildeo dos biopotenciais no escalpe estaacute sujeita agrave presenccedila de ruiacutedo
eleacutetrico intriacutenseco indesejado na interface eleacutetrodogelpele que faz com que o processo de deteccedilatildeo
e anaacutelise dos sinais bioloacutegicos reais seja mais complicado Eacute necessaacuterio por isso caracterizar e
conhecer a magnitude e origem destas flutuaccedilotildees de modo a caraterizar a qualidade dos eleacutetrodos
desenvolvidos
O ruiacutedo eleacutetrodo-pele pode estar ligado agrave interface entre o eleacutetrodo e o eletroacutelito ou entatildeo
agrave interface eletroacutelito-pele No primeiro caso esta situaccedilatildeo pode ser mensurada atraveacutes da colocaccedilatildeo
de eleacutetrodos do mesmo tipo um contra o outro Por outro lado o ruiacutedo produzido pela interface
eletroacutelito-pele deve ser mensurado de uma forma indireta atraveacutes do contacto direto entre o eleacutetrodo
e a pele Nesta situaccedilatildeo o ruiacutedo eacute tipicamente mais elevado do que o que se obteacutem na interface
eleacutetrodo-eletroacutelito [3] Uma vez que os resultados obtidos nestes ensaios dependem diretamente do
estado da pele eacute importante garantir um tratamento preacutevio adequado
18
18
261 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio do tempo RMS e Deriva do potencial
A raiz do valor quadraacutetico meacutedio RMS (do inglecircs root mean square) ou valor eficaz eacute uma
medida estatiacutestica da magnitude de uma quantidade variaacutevel que pode ser calculada atraveacutes da
expressatildeo
120600119877119872119878 = radic1
119873 sum120600119894
2
119873
119894=1
= radic1206001
2 + 12060022 + ⋯+ 120600119873
2
119873 ( 11 )
Nos sinais a estudar satildeo calculados os valores RMS da parte alternada do sinal em intervalos
de tempo sucessivos Destes valores eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees acerca da evoluccedilatildeo temporal do
sinal assim como a quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo
Por outro lado a deriva do potencial eacute calculada recorrendo agrave primeira derivada do sinal nos
diferentes pontos pela componente contiacutenua do sinal sendo portanto de natureza lenta Eacute possiacutevel
por isso analisar a deriva do potencial e o tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema atraveacutes do recurso desde
caacutelculo
262 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio das frequecircncias Densidade espectral
A densidade espectral de potecircncia PSD eacute definida pela transformada de Fourier da funccedilatildeo
de autocorrelaccedilatildeo (Rxx (120591)) de um processo estacionaacuterio ou seja
Teorema de Wiener-Khintchine 119878119909(119891) = F[Rxx(120591)]= int Rxx(120591)119890minus 1198952120587119891120591119889120591infin
minusinfin
( 12 )
Por outras palavras a PSD descreve a distribuiccedilatildeo da variacircncia de um processo aleatoacuterio no
domiacutenio da frequecircncia [27][28]
No Matlab esta estimaccedilatildeo eacute feita atraveacutes da funccedilatildeo pwelch jaacute implementada esta segue o
meacutetodo Welch para o caacutelculo da PSD Este meacutetodo eacute baseado no conceito de utilizaccedilatildeo de
periodogramas de estimaccedilatildeo espectral que satildeo o resultado da conversatildeo de um sinal no domiacutenio
temporal para o domiacutenio da frequecircncia [29] Para isso o meacutetodo Welch segue o fundamento do
meacutetodo Bartlett contudo permite a sobreposiccedilatildeo de segmentos [30]
O meacutetodo Bartlett consiste primeiramente na divisatildeo do segmento original de N amostras em
K segmentos de comprimento M Para cada segmento eacute obtido o periodograma calculado atraveacutes da
transformada discreta de Fourier de seguida eacute calculado o quadrado do resultado e dividido por M
Finalmente eacute feita a meacutedia do resultado dos periodogramas para todos os segmentos de K amostras
resultando num uacutenico vetor de potenciais em funccedilatildeo da frequecircncia Ou seja a reparticcedilatildeo da potecircncia
ao longo do espetro [28]
19
19
27 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo da impedacircncia
Um sistema eletroquiacutemico eacute aquele onde haacute a presenccedila de pelo menos uma fase condutora
eletroacutenica (eleacutetrodo) em contato direto com uma fase condutora ioacutenica (eletroacutelito) as quais originam
a interface eleacutetrodo-eletroacutelito onde se forma duma dupla camada eleacutetrica
A mediccedilatildeo da impedacircncia eletroquiacutemica em modo potenciostaacutetico eacute feita atraveacutes da
aplicaccedilatildeo de um sinal de potencial eleacutetrico sinusoidal 119881(119905) com cerca de 5 a 20 mV numa ceacutelula
eletroquiacutemica Satildeo medidas a resposta na forma de corrente eleacutetrica 119868(119905) e diferenccedila de fase entre
o sinal de potencial e o sinal da corrente [31] Ao medir a corrente alternada que atravessa a ceacutelula
eletroquiacutemica obtemos a impedacircncia Z da forma convencional 119885 = 119881119868 [32] Refira-se que a obtenccedilatildeo
da impedacircncia pode igualmente ser feita impondo uma perturbaccedilatildeo de corrente e medindo o
potencial A impedacircncia do eleacutetrodo reflete entatildeo a capacidade do eleacutetrodo para transferir carga a
determinada frequecircncia [32][33]
Deste modo tem-se se os valores da tensatildeo alternada V(t) e da intensidade I(t) forem
representados por
V(t)=V0∙ cos ωt
( 13 )
I(t)=I0∙ cos (ωt+φ) ( 14 )
No qual V0 representa a amplitude de pico do sinal 120596 a frequecircncia angular (120596 = 2120587119891) I0 a
amplitude do sinal de corrente e 120593 a diferenccedila de fase entre os dois sinais
Pela equaccedilatildeo de Euler
eiφ= cos φ +j sin φ ( 15 )
temos entatildeo que se φ=120596119905
V(t)= V0∙Re(ejωt) ( 16 )
representando essa tensatildeo alternada como uma parte real de uma grandeza complexa
temos que V(t) eacute equivalente a
V(t)=V0∙Re(119888119900119904120596119905 + 119895 ∙ 119904119894119899 120596119905) ( 17 )
Por outro lado atendendo agrave Equaccedilatildeo de Euler acima descrita a corrente eleacutetrica gerada
por um elemento de circuito em resposta a uma tensatildeo alternada pode ser escrita como
I(t)=I0∙Re(119890(120596119905+120593))
( 18 )
Deste modo a impedacircncia fica
Z(ω)=Z0∙ejφ
( 19 )
e aplicando a equaccedilatildeo de Euler
Z(ω)=Z ( cos φ + j sin φ ) ( 20 )
20
20
Obtemos uma equaccedilatildeo composta de uma parte real e uma parte imaginaacuteria possibilitando
assim a sua representaccedilatildeo num plano cartesiano onde a parte real corresponderaacute ao eixo das abcissas
e a parte imaginaria ao eixo das ordenadas (Diagrama de Nyquist)
Pode-se tambeacutem representar a impedacircncia como um vetor no plano complexo
Z (ω)=Re[Z(ω)]i +Im[Z(ω)]j ( 21 )
E se Z0 for o moacutedulo da impedacircncia a parte real de 119885(120596) escreve-se
Z=Z0∙ cos φ
( 22 )
sendo a parte imaginaacuteria representada por
Z=Z0∙ sin φ
( 23 )
que segundo a representaccedilatildeo de Fresnel corresponde a
Z(ω)=Z+ j Z
( 24 )
ou seja
1198850=|Z(ω)|=radicZ2+ Z
2 ( 25 )
e
tan φ = Z
Zfrasl ( 26 )
Os diagramas de Nyquist satildeo uacuteteis para reconhecer o tipo de processo envolvido Os diagramas
de Bode por outro lado mostram a dependecircncia direta do acircngulo de fase com a frequecircncia Este
uacuteltimo eacute particularmente interessante em escalas de frequecircncia muito diferentes uma vez que eacute
frequentemente representado atraveacutes da escala logariacutetmica portanto os resultados nos capiacutetulos
subsequentes seratildeo apresentados neste formato
21
21
A teacutecnica de Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica (do inglecircs Electrochemical
Impedance Spectroscopy - EIS) fornece uma visatildeo completa e detalhada das caracteriacutesticas eleacutetricas
da interface eleacutetrodo-eletroacutelito quando efetuada
numa gama suficientemente largada de frequecircncias
Na Figura 11 estaacute representado um esquema da
montagem experimental para mediccedilatildeo da
impedacircncia As reaccedilotildees eletroquiacutemicas satildeo em
essecircncia reaccedilotildees quiacutemicas em que ocorrem
transferecircncia de eletrotildees para um eleacutetrodo e como
regra ocorrem de acordo com princiacutepios quiacutemicos
gerais Haacute contudo certas caracteriacutesticas das
reaccedilotildees eletroquiacutemicas que satildeo uacutenicas Algumas
delas envolvem a transferecircncia de eletrotildees atraveacutes
de uma interface (reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo) o
que acarreta uma dependecircncia com as dimensotildees e
aacuterea do eleacutetrodo assim como tambeacutem das
propriedades da interface com o eleacutetrodo
Eacute habitual que os eleacutetrodos de AgAgCl apresentem potenciais relativamente baixos e
estaacuteveis Portanto a deposiccedilatildeo da camada de AgCl estabilizaraacute o potencial do eleacutetrodo e reduziraacute os
niacuteveis de impedacircncia Eacute de salientar que impedacircncias aceitaacuteveis para os eleacutetrodos de superfiacutecie devem
encontrar-se abaixo dos 5 k uma vez que quanto maior a impedacircncia maior seraacute a resistecircncia do
eleacutetrodo agrave passagem de corrente No entanto valores de 10 k ou mesmo 40 K ainda satildeo
considerados aceitaacuteveis dependendo dos autores [34][35]
Figura 11 Esquema representativo do ensaio potenciostaacutetico para mediccedilatildeo da impedacircncia
22
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Capiacutetulo 3 Materiais e meacutetodos
Materiais e meacutetodos
31 Preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes
Na preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes dissolveu-se cloreto de soacutedio (NaCl) em aacutegua
adicionando de seguida um tensioativo (tweencopy-80) e um humectante (propilenoglicol) As
concentraccedilotildees destes componentes variaram nas 3 soluccedilotildees conforme referido na Tabela 2 Conveacutem
referir que cada componente foi dissolvido em constante e contiacutenua agitaccedilatildeo numa placa de
agitaccedilatildeo tendo-se misturado primeiro o propilenogicol com o tweencopy e soacute depois com os restantes
compostos
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas
COMPONENTE INFORMACcedilAtildeO DO COMPONENTE SOLUCcedilAtildeO
1 2 3
NaCl (mV) VWR-BDH Prolabo Lote 27810295
09 09 09
Tweencopy-80 (VV) Acofarma
Lote 130287 3 3 5
Propilenoglicol(VV) Acofarma
Lote 131337 10 30 30
Aacutegua (VV) - qbp 100 qbp 100 qbp 100
A biocompatibilidade das mateacuterias-primas empregues para a obtenccedilatildeo das soluccedilotildees torna este
novo conceito de eleacutetrodo uma alternativa promissora para utilizaccedilatildeo cliacutenica Esta biocompatibilidade
estaacute inversamente relacionada com a concentraccedilatildeo de cloretos de soacutedio ou seja quanto menor a
concentraccedilatildeo tanto maior a biocompatibilidade das soluccedilotildees Por esse motivo as soluccedilotildees
desenvolvidas contavam com pequenas concentraccedilotildees de sais de modo a ser o mais semelhante
possiacutevel aos componentes ioacutenicos da proacutepria pele humana
24
24
32 Produccedilatildeo dos novos eleacutetrodos
321 Produccedilatildeo da estrutura porosa de policarbonato
A produccedilatildeo da estrutura porosa (wicks) foi realizada atraveacutes da sinterizaccedilatildeo de poacutes de
policarbonato (PC)
No que diz respeito ao processo de fabrico propriamente
dito o primeiro passo consistiu na moagem da mateacuteria-prima
(policarbonato) de seguida estas partiacuteculas foram sinterizadas
atraveacutes de um equipamento designado por cilindro de sinterizaccedilatildeo
Este cilindro foi aquecido a uma temperatura de asymp170degC e atingida
esta gama de temperaturas colocaram-se as partiacuteculas no molde
ldquoWickrdquo com as dimensotildees apresentadas na Figura 12 que se
encontrava dentro do cilindro central Procedeu-se
imediatamente ao encaixe do pistatildeo no cilindro central Para
finalizar mergulhou-se em aacutegua fria o cilindro central contendo o
molde deixando de seguida secar agrave temperatura ambiente [36]
322 Preparaccedilatildeo dos eleacutetrodos de pratacloreto de prata
Para a deposiccedilatildeo da camada de cloreto de prata nos fios de prata recorreu-se a uma teacutecnica
de deposiccedilatildeo quiacutemica Para isso os fios de prata (Ag) (diacircmetro = 250 miacutecron 9999 Goodfellow
Cambridge) foram oxidados com uma soluccedilatildeo de cloreto de ferro (III) (MERCK Lote 7705-08-0) apoacutes
um preacute-tratamento que permitiu a remoccedilatildeo de impurezas e sujidades presentes na superfiacutecie dos fios
Este preacute-tratamento consistiu na limpeza da superfiacutecie dos fios com 2-propanol e posterior imersatildeo
dos mesmos numa tina de ultrassons com 2-propanol durante 10 minutos De seguida mergulharam-
se os fios de prata em aacutegua destilada de forma a remover todo o 2-propanol presente Finalmente
o processo de oxidaccedilatildeo consistiu em submergir os fios de prata numa soluccedilatildeo aquosa de FeCl3 50 mM
durante 2 minutos ao finalizar este periacuteodo foram armazenados durante 24h num recipiente revestido
com folha de alumiacutenio que possuiacutea uma soluccedilatildeo de HCl 01M para estabilizaccedilatildeo Os fios que natildeo foram
utilizados imediatamente foram armazenados num recipiente revestido com folha de alumiacutenio com
uma soluccedilatildeo de HCl 0005M O comprimento de cada fio de prata eacute aproximadamente de 8 cm
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato
25
25
323 Montagem dos eleacutetrodos
Apoacutes o fabrico da estrutura porosa e da preparaccedilatildeo dos
fios de prata procedeu-se agrave montagem dos eleacutetrodos para isso
cortaram-se pequenas porccedilotildees de uma esponja em poliuretano
com configuraccedilatildeo ciliacutendrica e um diacircmetro semelhante ao da
parte superior da estrutura porosa De seguida atravessou-se esta
esponja com o fio de prata e inseriu-se o conjunto ldquoesponja +
arame de pratardquo dentro de um orifiacutecio superior que a estrutura
porosa possui Finalmente incorporou-se esta estrutura dentro de
um tubo de PVC de modo a atingir a configuraccedilatildeo apresentada na
Figura 13
33 Preparaccedilatildeo dos ensaios
Antes do iniacutecio dos ensaios os eleacutetrodos foram previamente lavados com 2-propanol e
colocados na estufa de modo a evaporar os resiacuteduos do aacutelcool Posteriormente foi aplicada a soluccedilatildeo
hidratante que se pretendia estudar de modo a que a esponja ficasse completamente embebida Desta
forma por uma parte os novos eleacutetrodos em estudo foram testados recorrendo agraves soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 e por outra os eleacutetrodos que serviram como controlo (eleacutetrodo de AgAgCl
(BIO EASYCAP GmbH Alemanha)) utilizaram o gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) Foram tambeacutem utilizados eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) como referecircncia
Para os estudos eletroquiacutemicos incorporaram-se os eleacutetrodos numa montagem constituiacuteda por
um potenciostatogalvanostato Gamry G-300 (Gamry Instruments USA) De modo a diminuir o ruiacutedo
eletroacutenico os ensaios foram todos realizados dentro de uma Gaiola de Faraday Eacute importante referir
que uma vez o nosso sistema de aquisiccedilatildeo de dados era ldquoearth groundedrdquo seguiu-se a sugestatildeo da
bula do Gamry e optou-se unicamente por ligar o ldquofloating groundrdquo agrave gaiola
34 Condiccedilotildees dos ensaios
A primeira parte do trabalho foi desenvolvida laquoIn vitroraquo com eleacutetrodos multipino foi feito
entatildeo um estudo do ruido eletroquiacutemico entre eleacutetrodos do mesmo tipo nas diferentes soluccedilotildees
referidas na Tabela 2 De seguida realizou-se um estudo das impedacircncias dos novos eleacutetrodos nas
diferentes soluccedilotildees seguidos por um estudo de controlo realizado nas mesmas condiccedilotildees com o
eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente e o correspondente gel hidratante Estes ensaios foram
reproduzidos 3 vezes uma vez que em estudos anteriores jaacute se tinha verificado uma boa
reprodutibilidade dos ensaios
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios
26
26
Na segunda fase dos estudos realizou-se uma avaliaccedilatildeo do ruido da impedacircncia vs frequecircncia
laquoIn vivoraquo com as diferentes soluccedilotildees Estes ensaios foram realizados em 8 voluntaacuterios saudaacuteveis 6 do
sexo feminino e 2 do masculino Deste modo consegue-se escolher uma soluccedilatildeo para avanccedilar ao
estaacutegio seguinte que consistia na mediccedilatildeo e comparaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos obtidos tanto
com os eleacutetrodos de controlo como com os eleacutetrodos multipino porosos com a soluccedilatildeo hidratante mais
adequada Os resultados foram obtidos com a participaccedilatildeo de 2 voluntaacuterios saudaacuteveis de ambos sexos
341 Ensaios laquoIn vitroraquo
3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito
Nos ensaios de ruiacutedo eletroquiacutemico apenas foram utilizados eleacutetrodos multipino porosos
Fig14 (b) sendo um ligado ao terminal do eleacutetrodo de trabalho e o outro ao terminal do eleacutetrodo de
referecircncia A distacircncia entre os eleacutetrodos foi controlada durante o decorrer dos ensaios optando-se
por uma distacircncia de 3 cm entre os dois eleacutetrodos Foi tambeacutem realizada uma montagem de controlo
nas mesmas condiccedilotildees contudo esta era constituiacuteda por dois eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel
Electro-Cap International Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA)
Estabelecida a montagem do sistema eletroacutenico procedeu-se agrave mediccedilatildeo do ruiacutedo eleacutetrico em
circuito aberto para isso recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software ldquoESA410 Data Acquisitionrdquo da Gamry
um software projetado especificamente para a aquisiccedilatildeo e anaacutelise de sinais de ruiacutedo eletroquiacutemico
[37] Para aquisiccedilatildeo dos dados o ESA410trade associa-se ao potenciostato Gamry que faz aquisiccedilatildeo dos
dados em modo potenciostaacutetico a recolha dos dados eacute feita em circuito aberto O teste para cada
eleacutetrodo foi realizado ao longo de 12 minutos com uma taxa de amostragem constante de 1000 Hz
ao longo de todo o teste e um filtro de 10 A frequecircncia de amostragem foi escolhida tendo em conta
o Teorema de Nyquist que afirma que a frequecircncia de amostragem de um sinal analoacutegico para que
possa posteriormente ser reconstituiacutedo com o miacutenimo de perda de informaccedilatildeo deve ser igual ou maior
a duas vezes a maior frequecircncia do espectro desse sinal 119861 le119891119904
2 Por outras palavras a frequecircncia
maacutexima do sinal de entrada deveraacute ser menor ou igual a metade da taxa de amostragem [38] Para
que isto seja conseguido o sistema incorpora um filtro passa-baixo ldquoanti-aliasrdquo (deixa passar baixas
frequecircncias mas atenua as frequecircncias maiores do que a frequecircncia de Nyquist) [39]
3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito
Na montagem eletroacutenica dos ensaios de impedacircncia o contra eleacutetrodo era representado por
um eleacutetrodo comercial de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) o eleacutetrodo de trabalho um
eleacutetrodo poroso multipino (cada ensaio com as suas diferentes soluccedilotildees) e o eleacutetrodo de referecircncia
um eleacutetrodo de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) Fig14 (a) Optou-se tambeacutem pela
27
27
implementaccedilatildeo de um controlo com eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap International
Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap International Inc USA)
A obtenccedilatildeo dos dados eacute feita atraveacutes da teacutecnica de espectroscopia de impedacircncia
eletroquiacutemica em modo potenciostaacuteticordquo presente no software EIS300TM da Gamry neste modo de
funcionamento eacute aquirido um espectro de impedacircncia ao longo do intervalo de frequecircncias de 10 kHz
ateacute 01 Hz com uma tensatildeo AC aplicada (5 mV RMS) da tensatildeo de desvio DC (0 V vs circuito aberto)
e representados 3 pontos por deacutecada
(a) (b)
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo
342 Ensaios laquoIn vivoraquo
3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele
De modo a mensurar o ruiacutedo
causado pela interface entre o eletroacutelito e
a pele procedeu-se agrave montagem de um
sistema semelhante ao utilizado nos
ensaios do ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito dentro
de uma gaiola de Faraday contudo estes
ensaios foram realizados laquoIn vivoraquo
procedendo-se agrave colocaccedilatildeo dos dois
eleacutetrodos na zona anterior da tiacutebia com
um espaccedilo entre eles de 3 cm (Figura 15)
apoacutes a superfiacutecie da pele ter sido limpa
com etanol a 70
A montagem contava com um sistema de seguranccedila inserido em seacuterie no sistema de mediccedilatildeo
e que corta a corrente se esta for superior a 100 microA
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
28
28
A mediccedilatildeo do ruido foi feita tendo em conta o tipo de eleacutetrodo tendo-se para isso optado por
fazer as mediccedilotildees com eleacutetrodos do mesmo tipo ou seja num primeiro ensaio mensurou-se o ruido
entre 2 eleacutetrodos de pratacloreto de prata com o respetivo gel hidratante e numa segunda
abordagem optou-se por mensurar o ruido entre dois dos eleacutetrodos porosos com as diferentes soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 Contudo foi controlada a pressatildeo da banda que fixava os eleacutetrodos porosos
agrave tiacutebia sendo estipulado o valor da pressatildeo no intervalo de 15N a 2N
Neste ensaio o primeiro eleacutetrodo encontra-se ligado aos terminais dos eleacutetrodos de trabalho
o segundo ao terminal da referecircncia e o cabo do ground foi ligado agrave gaiola
Os paracircmetros dos ensaios foram os mesmos que os utilizados para a mediccedilatildeo do ruido
eleacutetrodo-eletroacutelito apresentados na secccedilatildeo 3411 contudo o tempo de aquisiccedilatildeo de sinal foi
reduzido a 5 minutos de modo a minorar o tempo de exposiccedilatildeo dos voluntaacuterios aos exames
3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele
laquoIn vivoraquo estes ensaios foram feitos logo
apoacutes a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico portanto a
superfiacutecie da pele se encontrava limpa e a
colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos obedecia agrave regra dos 3 cm
de distacircncia entre eleacutetrodos e 15-2N de pressatildeo
Para a mediccedilatildeo da impedacircncia eacute utilizada uma
configuraccedilatildeo diferente como referido no capitulo
33 Satildeo portanto utilizados 2 eleacutetrodos
comerciais de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH
Alemanha) um como referecircncia e outro como
contra eleacutetrodo e o eleacutetrodo em estudo
propiamente dito seja este o comercial (controlo)
ou o novo eleacutetrodo (Figura 16)
Os resultados obtidos para as diferentes
frequecircncias aleacutem de poderem ser representados
pelo diagrama de Nyquist como referido anteriormente podem tambeacutem ser representados num
Diagrama de Bode Neste diagrama a distribuiccedilatildeo dos valores de impedacircncia por vaacuterias ordens de
grandeza eacute representada em coordenadas polares (magnitude log|119885| em funccedilatildeo de log120596 )
3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos primariamente limpou-se a superfiacutecie do
escalpe com aacutelcool a 70 de modo a minimizar a camada gordurosa da pele De seguida procedeu-se
agrave colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos Foram colocados dois eleacutetrodos de AgAgCl (comerciais) um de forma a
servir como controlo (posiccedilatildeo O2) e outro em curto-circuito com o ground e a referecircncia (posiccedilatildeo
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino
durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia
29
29
Fp2) O eleacutetrodo poroso em estudo colocou-se a cerca de 3 cm do eleacutetrodo de AgAgCl posiccedilatildeo O2
de modo a captar o mesmo sinal que o obtido pelo eleacutetrodo de controlo (Figura 17)
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos
35 Implementaccedilatildeo em Matlab
Apoacutes a importaccedilatildeo do ficheiro obtido nos ensaios de ruiacutedo para o Matlab foi criado um filtro
Butterworth de ordem 20 de 05 ateacute 40 Hz atraveacutes da funccedilatildeo jaacute implementada pelo Matlab
ldquofdesignbandpassrdquo De seguida eacute aplicado o filtro duas vezes A primeira desde o primeiro ponto ateacute
o uacuteltimo e o segundo na ordem inversa Deste modo consegue-se natildeo soacute uma filtragem dupla mas
tambeacutem o cancelamento da fase dos filtros Assim efetivamente o filtro utilizado eacute de ordem 40 de
fase nula
De seguida eacute dividido o ensaio em segmentos de 30 segundos rejeitando os primeiros 10
segundos do ensaio Para cada segmento natildeo sobreposto eacute calculado o valor RMS da tensatildeo a
densidade espectral de potecircncia atraveacutes da estimaccedilatildeo pwelch do Matlab e o declive meacutedio (primeira
derivada do sinal) Contudo no final eacute calculada tambeacutem a densidade espectral de potecircncia global
que eacute expressa em dB
30
30
31
31
Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos
Resultados obtidos e discussatildeo
41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo
411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos
eleacutetrodos
Neste estudo eacute de extrema relevacircncia a eleiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante a utilizar Para isso
recorreu-se agrave realizaccedilatildeo de vaacuterios ensaios que possibilitassem uma avaliaccedilatildeo objetiva da resposta do
sistema Efetuou-se entatildeo primeiro uma anaacutelise do ruiacutedo ao longo de 12 minutos com os eleacutetrodos
multipino nas diferentes soluccedilotildees (um medido contra o outro) e a respetiva referecircncia de seguida
realizou-se um ensaio para mensurar a resistecircncia agrave passagem de corrente com os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees e a respetiva referecircncia
Assim sendo a Figura 18 revela a impedacircncia dos eleacutetrodos nas diferentes soluccedilotildees testadas
Nesta pode-se observar que a soluccedilatildeo 1 apresenta niacuteveis de impedacircncia ligeiramente mais baixos que
as restantes soluccedilotildees Contudo os seus niacuteveis encontram-se uma deacutecada acima dos valores obtidos
pelo eleacutetrodo e AgAgCl utilizado comercialmente com o respetivo gel hidratante Observa-se ainda
que os desvios padratildeo satildeo tatildeo baixos que quase natildeo satildeo percetiacuteveis o que significa que os ensaios satildeo
bastante reprodutiacuteveis Eacute tambeacutem importante notar que ao longo de todas as frequecircncias testadas
os valores de impedacircncia aleacutem de se encontrarem todos abaixo dos valores maacuteximos permitidos (20-
40 k) [35] encontram-se ainda abaixo dos 5 k referidos como valores de impedacircncia ideal por vaacuterios
fornecedores [40][41] o que eacute de extrema relevacircncia nos passos subsequentes de aquisiccedilatildeo do sinal
uma vez que eacute indispensaacutevel ter baixos niacuteveis de impedacircncia para conseguir captar ondas cerebrais
32
32
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Foram ainda feitas mediccedilotildees de ruiacutedo nas mesmas condiccedilotildees Realizando-se de seguida uma
anaacutelise no domiacutenio temporal e outra no domiacutenio das frequecircncias Para isso como foi referido no
capitulo 35 recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software Matlab A primeira anaacutelise eacute feita no domiacutenio
temporal (Figura 19 (a)) sob a forma de um graacutefico da tensatildeo meacutedia (RMS) em funccedilatildeo do tempo que
eacute obtida apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa-alto de modo a retirar a componente DC do sinal e assim
obter um sinal de ruiacutedo para altas frequecircncias que seraacute representado em periacuteodos de 30 segundos
Deste modo eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees da quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo de
estabilizaccedilatildeo do eleacutetrodo O que se observa eacute que os niacuteveis de ruiacutedo ao longo do tempo variam entre
185 microV ateacute 2 microV o que equivale a uma variaccedilatildeo maacutexima de 015 microV tanto para os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees como para o eleacutetrodo de AgAgCl no respetivo gel hidratante Observa-se
ainda que aleacutem das pequenas variaccedilotildees ao longo do tempo o desvio padratildeo para todas as soluccedilotildees eacute
muito semelhante sugerindo que natildeo haacute diferenccedilas significativas a niacutevel das soluccedilotildees implementadas
Eacute ainda de salientar que natildeo se observa nenhuma evoluccedilatildeo de ruiacutedo ao longo do tempo o que sugere
uma estabilizaccedilatildeo do sistema muito raacutepida A segunda anaacutelise no domiacutenio temporal corresponde ao
declive meacutedio (Figura 19 (b)) foi realizada recorrendo agrave primeira derivada do sinal em DC obtido a
cada 30 segundos Deste graacutefico eacute possiacutevel retirar informaccedilatildeo referente agrave deriva do potencial e ao
tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema Assim recorrendo agrave sua visualizaccedilatildeo observa-se que a
estabilizaccedilatildeo eacute feita de forma semelhante para todas as soluccedilotildees Contudo a soluccedilatildeo 3 apresenta
menos variaccedilotildees ao longo do tempo valores mais proacuteximos de zero e maior reprodutibilidade entre
ensaios Finalmente o teste de controlo efetuado com os eleacutetrodos comerciais de AgAgCl no gel
aparentam ser ligeiramente menos estaacuteveis contudo os valores se encontram na mesma gama de
tensotildees
33
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Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Para concluir realizou-se uma anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias para isso recorreu-se ao
graacutefico da densidade espectral de tensatildeo (Figura 20) Nele observa-se que os resultados do ruiacutedo do
sinal aumentam com a diminuiccedilatildeo das frequecircncias numa proporccedilatildeo 119903119906iacute119889119900 ~ 1 119891119903119890119902119906ecirc119899119888119894119886frasl
confirmando os estudos feitos por E Huigen em 2002 [20] No entanto estes tendem a estabilizar a
partir dos 10 Hz em valores proacuteximos dos -238 dB Eacute de referir que a para frequecircncias elevadas o
sinal de ruiacutedo eacute determinado pelo ruiacutedo do amplificador e natildeo pelo ruiacutedo da interface metal-eletroacutelito
uma vez que este eacute significativamente menor do que o ruiacutedo do amplificador impedindo assim a sua
mediccedilatildeo mesmo com equipamentos de baixo ruiacutedo [20]
34
34
Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
35
35
a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
36
36
Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
37
37
Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
38
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Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
39
39
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
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Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
41
41
Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
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Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
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Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
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Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
48
48
49
49
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Anexos
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copy Vanessa Teixeira 2016
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Resumo
Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de bioeleacutetrodos inovadores para
monitorizaccedilatildeo da atividade eleacutetrica cerebral Estes dispensam a utilizaccedilatildeo de geacuteis eletroliacuteticos
conseguindo assim superar as desvantagens dos eleacutetrodos secos ao manterem um contacto huacutemido
atraveacutes de uma soluccedilatildeo hidratante com o escalpe
Esta dissertaccedilatildeo eacute uma das etapas finais do projeto ldquoWICKEEGrdquo projeto tal que se encontra
dividido em trecircs etapas a primeira passa pela produccedilatildeo de uma estrutura porosa (Wick) que serviraacute
de base ao eleacutetrodo seguida pelo desenvolvimento e teste de uma formulaccedilatildeo hidratante com vista
agrave transmissatildeo eficaz do sinal finalmente satildeo efetuados os testes laquoIn vitroraquo e laquoIn vivoraquo do eleacutetrodo
dando-se entatildeo ecircnfase ao processamento do sinal de modo a estabelecer uma comparaccedilatildeo objetiva
com os eleacutetrodos tradicionais
A primeira etapa jaacute se encontra concluiacuteda estando em curso a realizaccedilatildeo das duas etapas
seguintes
Seratildeo entatildeo apresentadas as teacutecnicas e os princiacutepios teoacutericos que levaram ao desenvolvimento
deste projeto assim como os resultados dos testes de desempenho e a sua comparaccedilatildeo com os
eleacutetrodos tradicionais Para isso foram testadas trecircs soluccedilotildees hidratantes com composiccedilotildees distintas
tendo sido os eleacutetrodos testados tanto laquoIn vitroraquo como laquoIn vivoraquo
Os ensaios laquoIn vitroraquo consistiram na mediccedilatildeo da deriva do potencial eleacutetrico dos eleacutetrodos o
ruiacutedo eleacutetrico produzido pelo proacuteprio eleacutetrodo e a mediccedilatildeo da impedacircncia eletroquiacutemica nas
diferentes soluccedilotildees De seguida foram realizados os ensaios laquoIn vivoraquo em 8 voluntaacuterios saudaacuteveis
estes testes foram efetuados na zona anterior da tiacutebia nas mesmas condiccedilotildees Concluiu-se entatildeo que
a soluccedilatildeo contendo 3 de Tween-80 e 10 de propilenoglicol seria a mais adequada para a utilizaccedilatildeo
em ensaios de aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos Deste modo jaacute na parte final do projeto
captaram-se os sinais de EEG em dois voluntaacuterios ao longo de aproximadamente 1 minuto de forma a
comprovar a eficaacutecia do novo conceito de eleacutetrodo desenvolvido Dando como resultado aquisiccedilotildees
bastante promissoras
Palavras-chave Bioeleacutetrodo espectroscopia de impedacircncia ruiacutedo eletroquiacutemico densidade
espectral processamento de sinal EEG
ii
iii
Abstract
This work aims at the development of innovative bioeleacutetrodos for monitoring brain electrical
activity These donrsquot require the use of electrolytic gels thus achieving overcome the disadvantages
of the dried electrodes to maintain a wet contact through a hydrating solution with the scalp
This work was developed within the project WICKEEG This project was divided in three
stages the first involved the production of a porous structure (wick) that is the core structure of
the device then skin moisturizing formulations were developed for the effective transmission of the
signal within the porous structure finally electrode laquoIn vitroraquo and laquoIn vivoraquo tests will be carried on
emphasizing the signal processing being used to establish an objective comparison with traditional
electrodes
The first step has already been completed and the ongoing work focuses on the hydrating
choice and electrode testing
This report will present the techniques and theoretical principles that led to the
development of this project as well as the results of laquoIn vitroraquo tests and its comparison with
traditional electrodes For that they were tested three moisturizing solutions with different
compositions having the electrodes tested both laquoin vitroraquo as laquoin vivoraquo
The laquoIn vitroraquo tests consisted of measuring the electrical potential of the drift of the
electrodes the electric noise produced by the electrode itself and the measurement of
electrochemical impedance in different solutions Then the laquoin vivoraquo trials were performed on 8
healthy volunteers these tests were performed in the anterior zone of the tibia under the same
conditions It was therefore concluded that the solution with 3 of Tween-80 and 10 of
propilenoglicol is the most appropriate for use in assays of EEG signals acquisition Thus in the final
part of the thesis was acquired EEG signals in 2 healthy volunteers over approximately 1 minute in
order to prove the effectiveness of the new electrode concept Resulting on very promising
acquisitions
Keywords bioelectrode impedance spectroscopy biochemical noise power spectral density signal
processing EEG
iv
v
Agradecimentos
Eacute com muita satisfaccedilatildeo que expresso aqui o mais profundo agradecimento a todos aqueles que
tornaram a realizaccedilatildeo deste trabalho possiacutevel
Gostaria antes de mais de agradecer ao meu orientador Prof Dr Joseacute Carlos Magalhatildees Duque
da Fonseca e ao Prof Dr Diamantino Rui da Silva Freitas coorientador da tese pela disponibilidade
pelos conhecimentos transmitidos pelas opiniotildees e criacuteticas e pela dedicaccedilatildeo e incentivo demonstrado
ao longo de todas as fases do projeto
A todos os colegas e pessoas que participaram neste estudo e sem os quais esta investigaccedilatildeo natildeo
teria sido possiacutevel
Agraves minhas amigas Inecircs Seco e Luzia Lampreia pelo companheirismo forccedila e apoio nos momentos
difiacuteceis
Agrave minha matildee por acreditar em mim e estar sempre presente por viver para me proteger pela
preocupaccedilatildeo amizade e apoio incondicional pela forccedila e garra que sempre demonstrou sendo por
isso o meu motivo de orgulho e modelo a seguir
Ao meu pai quem sempre me apoiou e transmitiu valores muito importantes por me ter ensinado
os aspetos da vida que realmente importam pela serenidade e paciecircncia que sempre demonstrou
por escutar sem julgar e sobretudo pela confianccedila e liberdade que sempre me concedeu
Estar-lhes-ei sempre grata pelos sacrifiacutecios que fizeram por mim
Ao meu mano por ser o meu confidente por me apoiar e dar na cabeccedila quando merecia por
cuidar de mim a toda hora e estar sempre disponiacutevel
Agrave minha avoacute Florinda que mesmo estando longe nesta fase da minha vida demonstrou que o
carinho quebra barreiras Quero agradecer-lhe pelo amor e pela forccedila que me ofereceu
vii
Iacutendice
Resumo i
Abstract iii
Agradecimentos v
Iacutendice vii
Lista de figuras ix
Lista de tabelas xiii
Abreviaturas e Siacutembolos xv
Capiacutetulo 1 Introduccedilatildeo 1
Capiacutetulo 2 Enquadramento teoacuterico 7 21 Sistema nervoso 7 211 Propagaccedilatildeo do sinal 8 22 Aquisiccedilatildeo do sinal 9 221 Eleacutetrodos 10 2211 Eleacutetrodos invasivos 11 2212 Eleacutetrodos natildeo invasivos 11 23 Interface do eleacutetrodo com a pele 12 231 Hidrataccedilatildeo da pele 13 2311 O gel para utilizaccedilatildeo com os eleacutetrodos 13 24 Teacutecnicas de revestimento da prata com cloreto de prata 14 25 Novo conceito de eleacutetrodo 15 26 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico 15 261 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio do tempo RMS e Deriva do potencial 18 262 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio das frequecircncias Densidade espectral 18 27 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo da impedacircncia 19
Capiacutetulo 3 Materiais e meacutetodos 23 31 Preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes 23 32 Produccedilatildeo dos novos eleacutetrodos 24 321 Produccedilatildeo da estrutura porosa de policarbonato 24 322 Preparaccedilatildeo dos eleacutetrodos de pratacloreto de prata 24 323 Montagem dos eleacutetrodos 25 33 Preparaccedilatildeo dos ensaios 25 34 Condiccedilotildees dos ensaios 25 341 Ensaios laquoIn vitroraquo 26 3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito 26 3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito 26
viii
342 Ensaios laquoIn vivoraquo 27 3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele 27 3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele 28 3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos 28 35 Implementaccedilatildeo em Matlab 29
Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos 31 41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo 31 411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos eleacutetrodos 31 412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na resposta ao
sistema 34 42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo 37
Capiacutetulo 5 Conclusotildees 47
Referecircncias 49
Anexos 51
ix
Lista de figuras
Figura 1 Eleacutetrodo de superfiacutecie comercial (Eleacutetrodo de controlo) 4
Figura 2 Corte transversal do bioeleacutetrodo de superfiacutecie em estudo com reservatoacuterio para a soluccedilatildeo hidratante 4
Figura 3 Representaccedilatildeo do fluxo ioacutenico durante o potencial de accedilatildeo (Adaptado de [16]) 8
Figura 4 Diagrama de blocos representativo de um sistema para aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos 9
Figura 5 Sistema internacional 10-20 para a colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos em EEG (Adaptado de [17]) 10
Figura 6 Representaccedilatildeo das ondas eletroencefalograacuteficas registadas durante um exame de EEG [5] 10
Figura 7 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da interface com a pele e o seu modelo de circuito eletroacutenico equivalente Adaptado de [14] 12
Figura 8 Eleacutetrodo de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios A representa o fio de prata B a soluccedilatildeo condutora C a esponja do reservatoacuterio e D material de policarbonato de natureza porosa onde se estabelece o contacto com a pele 15
Figura 9 Funccedilatildeo de um filtro passa-baixos 119860119895119891 16
Figura 10 Circuito representativo dos componentes do ruiacutedo do amplificador na entrada segundo o modelo Vn-In 17
Figura 11 Esquema representativo do ensaio potenciostaacutetico para mediccedilatildeo da impedacircncia 21
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato 24
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios 25
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo 27
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo
eletroquiacutemico 27
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia 28
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos 29
x
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os
correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 32
Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 33
Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 34
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 35
Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz
respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 36
Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 37
Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 38
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 39
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 40
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para
os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas 40
Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 42
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 42
Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos 43
xi
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso
com os olhos fechados 43
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 44
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 44
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos 45
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados 45
xiii
Lista de tabelas
Tabela 1 Classificaccedilatildeo convencional dos sinais de EEG tendo em conta a gama de frequecircncias em que se encontram com indicaccedilatildeo das situaccedilotildees tiacutepicas de ocorrecircncia [6] 2
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas 23
xv
Abreviaturas e Siacutembolos
Acroacutenimos
EEG Eletroencefalograma
NMF Natural moisturizer factor
PC Policarbonato
PCA Aacutecido carboxiacutelico da pirrolidona
PVC Policloreto de polivinilo
RMS Root mean square (Erro quadraacutetico meacutedio)
SNR ou SN Signal-to-noise ratio (Relaccedilatildeo sinal-ruiacutedo)
EIS Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica
ICM Interface ceacuterebro-maacutequina
Lista de siacutembolos
Ohm
1
Capiacutetulo 1 Introduccedilatildeo
Introduccedilatildeo
O eletroencefalograma (EEG) eacute o registo graacutefico dos potenciais eleacutetricos desenvolvidos no ceacuterebro
que eacute utilizado para o seu estudo Isto eacute feito atraveacutes de eleacutetrodos aplicados no couro cabeludo
diretamente na superfiacutecie encefaacutelica ou ateacute mesmo dentro da substacircncia encefaacutelica [1] O
procedimento foi descrito pela primeira vez pelo fisiologista alematildeo Emil du Bois-Reymond que
descobriu que a propagaccedilatildeo do estiacutemulo nervoso nos neuroacutenios resultava no surgimento de uma
corrente eleacutetrica Contudo soacute comeccedilou a ser usado em 1929 apoacutes Hans Berger (psiquiatra alematildeo)
ter conseguido obter a primeira imagem graacutefica das diferenccedilas de potencial presentes no ceacuterebro
[1][2] A combinaccedilatildeo dos diferentes sinais eacute captada pelos eleacutetrodos sob a forma de uma diferenccedila
de potencial entre cada par de eleacutetrodos (configuraccedilatildeo bipolar) ou entre cada eleacutetrodo e uma
referecircncia (configuraccedilatildeo monopolar) O princiacutepio baacutesico de obtenccedilatildeo dos traccedilados
eletroencefalograacuteficos (EEG) eacute a amplificaccedilatildeo dos sinais eleacutetricos atraveacutes da utilizaccedilatildeo de
amplificadores operacionais de instrumentaccedilatildeo [1][3][4] Estes dispositivos satildeo capazes de amplificar
pequenas diferenccedilas de potencial entre dois pontos do couro cabeludo gerando de seguida na forma
claacutessica por meio de um dispositivo chamado galvanoacutemetro de fio com registador e na forma atual
por meio de digitalizaccedilatildeo e impressatildeo um traccedilado graacutefico com diferentes formas de onda que podem
ser interpretados por especialistas na aacuterea [1][3]
Natildeo se sabe ainda interpretar completamente o significado das ondas do eletroencefalograma
mas sabe-se que estas satildeo geradas pela atividade sinaacuteptica dos neuroacutenios do coacutertex cerebral e pelas
informaccedilotildees neuro-eleacutetricas provenientes dos sistemas sensoriais Os traccedilados resultantes deste
exame quando o individuo se encontra acordado satildeo essencialmente dessincronizados isto eacute
compostos por ondas de tensotildees reduzidas e frequecircncias relativamente altas (ritmos alfa e beta)
Contudo quando o individuo se encontra a dormir e uma vez que nessa situaccedilatildeo o taacutelamo natildeo deixa
passar tatildeo facilmente a informaccedilatildeo que recebe os traccedilados dos potenciais sinaacutepticos do coacutertex
tornam-se menores menos variados e mais sincronizados [5] As ondas deste tipo podem ser descritas
atraveacutes da sua gama de frequecircncias ou de comprimentos de onda e periacuteodos associados e das
amplitudes sendo estas natildeo superiores aos 150 μV e a gama de frequecircncias encontrando-se entre os
05 e 60 Hz num EEG normal sendo portanto estes paracircmetros de grande importacircncia e a ter em
conta na anaacutelise destas ondas [6] Por convenccedilatildeo os sinais satildeo classificados em quatro bandas de
frequecircncia conforme ilustrado na Tabela 1
2
2
Tabela 1 Classificaccedilatildeo convencional dos sinais de EEG tendo em conta a gama de frequecircncias em
que se encontram com indicaccedilatildeo das situaccedilotildees tiacutepicas de ocorrecircncia [6]
ONDA FREQUEcircNCIA OCORREM DURANTE
Delta lt35 Hz Momentos do sono profundo
Theta 4-7 Hz Meditaccedilatildeo e relaxamento profundo
Alfa 8-13 Hz Estados mentais relaxados e no
sono
Beta gt13 Hz Estado normal de vigila
As designadas mediccedilotildees eletroencefalograacuteficas tecircm sido amplamente desenvolvidas e exploradas
por vaacuterios motivos que incluem a sua elevada resoluccedilatildeo temporal (na ordem dos milissegundos) e a
sua sensibilidade tanto agrave duraccedilatildeo como agrave intensidade da atividade neural resultado da sincronizaccedilatildeo
da atividade dos neuroacutenios Eacute tambeacutem uma teacutecnica muito atrativa uma vez que representa um
baixiacutessimo risco para os pacientes por ser um meacutetodo geralmente natildeo invasivo A teacutecnica EEG tem a
grande vantagem de possuir uma excelente resoluccedilatildeo temporal dos sinais Contudo sua principal
limitaccedilatildeo passa pela resoluccedilatildeo espacial uma vez que a propagaccedilatildeo da atividade eleacutetrica ao longo das
vias fisioloacutegicas e do cracircnio pode dar uma impressatildeo errada da localizaccedilatildeo da fonte da atividade
eleacutetrica resultando numa insuficiecircncia de detalhes espaciais para identificar as estruturas e funccedilotildees
relacionadas com a atividade eleacutetrica Todavia embora o sinal eleacutetrico tenha de ser transmitido
atraveacutes dos tecidos e isto provoca uma reduccedilatildeo da intensidade do sinal e pequenas distorccedilotildees assume-
se que esta atividade eacute a mesma tanto na superfiacutecie do coacutertex (local onde as ondas emergem) como
no escalpe (local onde as ondas satildeo coletadas) [5][7]
Na literatura aparecem relatos do uso de vaacuterios tipos de EEG para avaliar grupos de pacientes com
diferentes doenccedilas tais como tumores enxaquecas depressotildees e esquizofrenia no entanto na
clinica o EEG eacute sobretudo utilizado para diagnosticar doenccedilas vasculares cerebrais demecircncias e
encefalopatias [7][8][9] Todavia as aplicaccedilotildees hoje em dia para este tipo de sinais e seus sistemas
de eleacutetrodos satildeo inuacutemeras podendo-se destacar as interfaces ceacuterebro-maacutequina como uma das
principais Este tipo de interfaces procura atraveacutes das ondas produzidas no foro cerebral controlar
equipamentos sejam estes cliacutenicos ou natildeo Eacute possiacutevel detetar padrotildees de ativaccedilatildeo gerados pelo
ceacuterebro atraveacutes da colocaccedilatildeo de eleacutetrodos e anaacutelise dos sinais eletroencefalograacuteficos recolhidos tanto
no exterior como no interior da superfiacutecie encefaacutelica Os sinais captados indicam a atividade cerebral
do utilizador que apoacutes deteccedilatildeo e classificaccedilatildeo satildeo traduzidos para uma saiacuteda como por exemplo
o movimento de um cursor de um computador associado ao rato ou de qualquer dispositivo artificial
externo Os sinais de EEG natildeo-invasivos satildeo utilizados em aplicaccedilotildees de Interface ceacuterebro maacutequina
(ICM1) pois estes oferecem um niacutevel de qualidade de sinal aceitaacutevel que combina custos reduzidos e
facilidade de utilizaccedilatildeo[10]
Com o surgimento de outros meacutetodos de diagnoacutestico a utilizaccedilatildeo da eletroencefalografia entrou
em decaimento no entanto a associaccedilatildeo desta teacutecnica com o domiacutenio informaacutetico os seus baixos
1 ldquoA Interface ceacuterebro-maacutequina eacute um sistema que permite a interaccedilatildeo entre o utilizador e o meio que o cerca utilizando sinais de controlo gerados por meio da atividade cerebral O aprimoramento das pesquisas em ICM estaacute relacionado principalmente com os avanccedilos da neurofisiologia e computaccedilatildeo As pesquisas iniciais
dedicaram-se ao desenvolvimento de dispositivos de comunicaccedilatildeo de pessoas que perderam o controlo muscular voluntaacuterio (hellip)rdquo Mussatto Greice em [10] Atualmente satildeo frequentemente direcionados para auxiliar aumentar ou reparar a cogniccedilatildeo humana ou as funccedilotildees sensoriais e motoras
3
3
custos (quando comparados com as outras teacutecnicas) a facilidade na realizaccedilatildeo dos exames o pequeno
espaccedilo ocupado pelos equipamentos e a sua natureza inoacutecua vieram a dar-lhe um novo impulso
conquistando um lugar proeminente no diagnoacutestico de vaacuterias patologias cerebrais [11][12] Isso tornou
possiacutevel inclusive o mapeamento cerebral em escala de cores (a gradaccedilatildeo das cores relaciona-se
com a amplitude dos potenciais) muito popular atualmente As teacutecnicas para a obtenccedilatildeo e registo
foram por isso aprimoradas nos uacuteltimos anos evoluindo do registo em papel com um nuacutemero reduzido
de canais ao registo contiacutenuo em equipamentos de ateacute 256 canais acoplado ao registo de viacutedeo digital
atraveacutes de equipamentos dotados com sistemas wireless peccedilas de hardwares e softwares sofisticadas
para armazenamento de dados e complementar a anaacutelise visual atraveacutes da anaacutelise computacional
Contudo embora os avanccedilos informaacuteticos tenham sido importantes para o desenvolvimento desta
teacutecnica a questatildeo do eleacutetrodo a utilizar nas mediccedilotildees eacute essencial uma vez que os bioeleacutetrodos de
superfiacutecie satildeo responsaacuteveis pela captaccedilatildeo dos sinais na interface entre a pele e o equipamento de
aquisiccedilatildeo e registo sendo tambeacutem considerados o elo mais fraco na cadeia de aquisiccedilatildeo de sinal
(constituindo a maior fonte de ruiacutedo e de instabilidade) [12]
Existe uma vasta gama de eleacutetrodos disponiacuteveis incluindo eleacutetrodos de superfiacutecie descartaacuteveis ou
reutilizaacuteveis e eleacutetrodos profundos[13] Dentro dos eleacutetrodos profundos (intracranianos) mais
utilizados encontram-se os eleacutetrodos intracerebrais e os subdurais Eacute importante referir a existecircncia
destes eleacutetrodos contudo os eleacutetrodos abordados neste relatoacuterio satildeo os eleacutetrodos de superfiacutecie ou
seja aqueles que satildeo colocados sobre o escalpe Existem vaacuterias alternativas para a sua classificaccedilatildeo
todavia aqui seratildeo abordadas aquelas que se relacionam com a presenccedila ou ausecircncia de produtos
hidratantes utilizando o termo ldquoeleacutetrodos huacutemidosrdquo para aqueles que necessitam de uma soluccedilatildeo
hidratantegel e ldquoeleacutetrodos secosrdquo para aqueles que natildeo a exigem
Os principais tipos de eleacutetrodos utilizados na cliacutenica atualmente para a recolha de sinais
eletroencefalograacuteficos satildeo os eleacutetrodos de prata ouro e estanho Um eleacutetrodo do tipo Prata-Cloreto
de Prata (AgAgCl) (Figura 1) eacute um tipo de eleacutetrodo considerado como tendo caracteriacutesticas desejaacuteveis
de qualidade e estabilidade que o tornam em geral um eleacutetrodo de referecircncia no estado da arte
sendo vulgarmente utilizado em mediccedilotildees eletroquiacutemicas [14] Os fenoacutemenos que ocorrem quando
um eleacutetrodo metaacutelico entra em contacto com um eletroacutelito estatildeo na base da captaccedilatildeo dos sinais que
se pretende realizar Ocorre uma troca ioacutenica como resultado de uma reaccedilatildeo eletroquiacutemica associada
ao contacto Existindo uma tendecircncia para que os aacutetomos do metal percam eletrotildees e estes passem
para o eletroacutelito (oxidaccedilatildeo) fazendo assim com que o eleacutetrodo fique carregado negativamente no
que diz respeito ao eletroacutelito Contudo natildeo se trata de um processo estaacutetico e por conseguinte ocorre
igualmente a reaccedilatildeo contraacuteria ateacute se estabelecer o equiliacutebrio (reduccedilatildeo) [14] Este processo eacute descrito
pela Equaccedilatildeo de Nernst atraveacutes da qual eacute possiacutevel obter a constante de equiliacutebrio de uma
determinada reaccedilatildeo que envolva transferecircncia de eletrotildees Deste modo para uma reaccedilatildeo de
oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo (redox) temos
minus119899 119865119864 = minus119899 1198651198640 + 119877119879 119897119899 119876 hArr 119864 = 1198640 minus119877119879
119899119865119897119899 119876
( 1 )
Verifica-se que no ponto de equiliacutebrio o valor de Q pode ser descrito como K (contante de
equiliacutebrio da reaccedilatildeo) e considerando a constante universal dos gases perfeitos (R = 831 J K-1 mol-1 )
a carga eleacutetrica de uma mole de eletrotildees (F = 96485 Cmiddotmol-1) e que o ensaio decorre agrave temperatura
ambiente (T = 2982 K (25 degC)) obteacutem-se
E=E0-00257
nlnQ hArr 0=E0-
00257
nlnK hArr E0=
00257
nlnK hArr lnK=
n ∙ E0
00257
( 2 )
4
4
Onde Eordm se obteacutem a partir dos potenciais normais dos eleacutetrodos n eacute o nuacutemero de moles de eletrotildees
transferidos e Q eacute o quociente entre os produtos das atividades de produtos e reagentes na reaccedilatildeo
No caso da pele humana existem pequenas quantidades de NaCl (01-04) desta forma o aniatildeo
cloreto presente iraacute reagir com a prata do eleacutetrodo dando origem a uma diferenccedila de potencial
relacionado com a concentraccedilatildeo de cloreto [3] Portanto as trocas ioacutenicas que ocorrem na pele na
presenccedila deste eleacutetrodo satildeo representadas na ( 3
119860119892 + 119862119897minus 119860119892119862119897 + 119890minus ( 3 )
Este tipo de eleacutetrodos satildeo os mais utilizados hoje em dia na clinica
e satildeo fabricados como o nome o indica em prata agrave qual eacute aplicado um
revestimento de cloreto de prata Trata-se de um metal bem tolerado
pelo organismo humano que permite a obtenccedilatildeo de bons resultados
uma vez que aleacutem disso estes apresentam niacuteveis de ruido reduzidos e
natildeo satildeo facilmente polarizaacuteveis [3] no entanto a sua utilizaccedilatildeo exige
uma preparaccedilatildeo preacutevia da pele e a aplicaccedilatildeo de uma pasta condutora
(gel) que por vezes eacute desconfortaacutevel para o paciente sendo suscetiacutevel
de causar alergias e tornando o processo mais demorado uma vez que
a preparaccedilatildeolimpeza dos eleacutetrodos requer alguns cuidados e deve ser executada por um teacutecnico
Surgiu entatildeo a motivaccedilatildeo para criar novos eleacutetrodos secos que ultrapassassem estas dificuldades
dispensando a utilizaccedilatildeo do gel e a preparaccedilatildeo da pele todavia uma vez que o contacto liacutequido estaacute
ausente a impedacircncia interfacial eacute consideravelmente mais elevada (1 M contra 10-20 k)
refletindo-se numa maior sensibilidade ao movimento e de maneira geral na presenccedila de um maior
niacutevel de ruiacutedo o que exige preacute-amplificaccedilatildeo integrada Os custos associados agrave produccedilatildeo deste tipo de
eleacutetrodo satildeo tambeacutem mais elevados do que no caso dos eleacutetrodos convencionais
De modo a resolver estes problemas foi desenvolvido um novo
tipo de bioeleacutetrodo (Figura 2) [15] o qual tem a capacidade de
manter huacutemido o ponto de contacto com a pele evitando contudo
a utilizaccedilatildeo de pastas condutoras Este efeito foi conseguido usando
o princiacutepio da caneta de feltro o contacto com o escalpe eacute efetuado
a partir de vaacuterios pinos fabricados a partir de um poliacutemero poroso
acoplado a um pequeno reservatoacuterio com uma soluccedilatildeo hidratante os
pinos forneceratildeo entatildeo de forma controlada pelos efeitos
combinados da capilaridade e gravidade a soluccedilatildeo hidratante ao
ponto de contacto com o escalpe A sua forma oferece tambeacutem
muacuteltiplos pontos de contacto de modo a minimizar o ruiacutedo e obter
melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
O desenvolvimento destes eleacutetrodos compreenderaacute varias fases a primeira fase a implementar
seraacute a fabricaccedilatildeo da superfiacutecie porosa atraveacutes da compressatildeo de poacutes de policarbonato (PC) de seguida
seraacute feita a montagem dos diferentes componentes do eleacutetrodo nomeadamente a esponja o frio de
prata e o tubo de policloreto de polivinilo (PVC) que funcionaraacute como reservatoacuterio Finalmente seratildeo
preparadas e testadas vaacuterias soluccedilotildees com os mesmos componentes em diferentes concentraccedilotildees de
modo a concluir qual soluccedilatildeo fornece uma melhor hidrataccedilatildeo da pele otimizando assim os resultados
Figura 1 Eleacutetrodo de superfiacutecie comercial (Eleacutetrodo de controlo)
Figura 2 Corte transversal do bioeleacutetrodo de superfiacutecie em estudo com reservatoacuterio
para a soluccedilatildeo hidratante
5
5
6
6
7
7
Capiacutetulo 2 Enquadramento teoacuterico
Enquadramento teoacuterico
A EEG eacute um registo associado a uma teacutecnica cliacutenica que se baseia na aquisiccedilatildeo dos sinais produzidos
no coacutertex cerebral A obtenccedilatildeo dos mesmos eacute possiacutevel uma vez que aiacute existem ceacutelulas excitaacuteveis
capazes de conduzir os impulsos nervosos os neuroacutenios Estes impulsos geram correntes eleacutetricas
atraveacutes do corpo da ceacutelula ateacute uma zona chamada zona de disparo Neste local as correntes dirigem-
se ao espaccedilo extracelular provocando uma diferenccedila de potencial que desencadearaacute um novo estiacutemulo
na proacutexima ceacutelula e que contribuiraacute para a produccedilatildeo dos referidos sinais
21 Sistema nervoso
O sistema nervoso eacute responsaacutevel pela maioria das funccedilotildees de controlo no organismo coordenando
e regulando as atividades corporais Isto eacute feito atraveacutes da interpretaccedilatildeo e resposta a estiacutemulos Este
sistema eacute convencionalmente dividido em duas categorias o sistema nervoso central (SNC) que se
verifica tratar do desenvolvimento das respostas aos estiacutemulos e o sistema nervoso perifeacuterico (SNP)
o responsaacutevel pela conduccedilatildeo do estiacutemulo nervoso No caso do SNC podem distinguir-se vaacuterios oacutergatildeos
o enceacutefalo (constituiacutedo pelo ceacuterebro cerebelo e tronco encefaacutelico) e a espinal medula Jaacute no caso do
SNP esta divisatildeo eacute feita atraveacutes da distinccedilatildeo entre nervos cranianos ou espinhais [16] Os nervos satildeo
essencialmente um conjunto de axoacutenios e dendrites de vaacuterios neuroacutenios
Os neurocircnios que datildeo origem aos nervos satildeo ceacutelulas com capacidade excitatoacuteria capazes de
transmitir sinais nervosos Contudo as ceacutelulas da glia tambeacutem presentes no sistema nervoso
sobretudo nos nervos satildeo as principais responsaacuteveis pela propagaccedilatildeo orientada do estiacutemulo uma vez
que ao recobrirem o axoacutenio criam circuitos neuronais independentes [16]
Os axoacutenios transmitem pulsos eleacutetricos devido agrave presenccedila de canais ioacutenicos que abrem e fecham
de modo a controlar as concentraccedilotildees dos diferentes iotildees nos meios interno e externo da ceacutelula
8
8
211 Propagaccedilatildeo do sinal
Um impulso nervoso origina a transmissatildeo de um sinal codificado ao longo da membrana do
neuroacutenio Para compreender esta transmissatildeo dentro do proacuteprio neuroacutenio eacute necessaacuterio conhecer o
conceito de potenciais de repouso e de accedilatildeo
N as fases em que se verifica existir potenciais de repouso os iotildees de soacutedio entram para a ceacutelula
atraveacutes de transporte passivo uma vez que a concentraccedilatildeo destes eacute menor no interior da ceacutelula (a
favor do gradiente de concentraccedilatildeo) Posteriormente daacute-se a sua expulsatildeo de forma ativa ao mesmo
tempo que entram iotildees de potaacutessio ativamente Finalmente os iotildees de potaacutessio voltam passivamente
ao exterior da membrana outorgando agrave ceacutelula uma carga positiva Diz-se entatildeo que esta se encontra
polarizada Nas ceacutelulas nervosas o potencial de membrana ronda os -90mV [6]
Os potenciais de accedilatildeo satildeo os responsaacuteveis pela propagaccedilatildeo do estiacutemulo nervoso contudo a sua
duraccedilatildeo natildeo ultrapassa alguns milissegundos (ver a Figura 3) Esta propagaccedilatildeo ocorre quando o
potencial de membrana que se encontra nos -90mV passa a ocupar valores de -50 a -70mV devido a
uma perturbaccedilatildeo externa de modo a responder a esta situaccedilatildeo ocorre a passagem por difusatildeo dos
iotildees de soacutedio para o interior da ceacutelula resultando na alteraccedilatildeo dos potenciais ateacute entatildeo negativos
para valores que podem chegar a +35mV De seguida a ceacutelula expulsa ativamente o soacutedio alterando
assim o potencial para aproximadamente -95mV Daacute-se entatildeo a repolarizaccedilatildeo atraveacutes da bomba de
Na+K+ ou seja a ceacutelula volta agraves condiccedilotildees iniciais [6]
Apoacutes um sinal ser transportando atraveacutes de um neuroacutenio eacute necessaacuterio que este seja comunicado
ao neuroacutenio seguinte de modo a manter a transmissatildeo do impulso Esta transferecircncia daacute-se em locais
especiacuteficos e pode ser feita eletricamente (atraveacutes de iotildees) ou quimicamente (atraveacutes de uma fenda
sinaacuteptica onde um neurotransmissor eacute libertado e se liga a recetores especiacuteficos do neuroacutenio poacutes-
sinaacuteptico) [6][16]
Figura 3 Representaccedilatildeo do fluxo ioacutenico durante o potencial de accedilatildeo (Adaptado de [16])
9
9
22 Aquisiccedilatildeo do sinal
Eacute impossiacutevel medir a atividade eleacutetrica gerada por um uacutenico neuroacutenio contudo a aquisiccedilatildeo do
sinal electroencefalograacutefico soacute eacute possiacutevel graccedilas agrave emissatildeo parcialmente sincronizada do impulso
nervoso numa parte significativa do coacutertex cerebral Deste modo o EEG reflete o somatoacuterio da
atividade siacutencrona de milhares de neuroacutenios com uma orientaccedilatildeo espacial semelhante assessorando
assim a aquisiccedilatildeo de um sinal reprodutiacutevel e mensuraacutevel que possibilita uma interpretaccedilatildeo fidedigna
[16]
Esta teacutecnica permite o registo da atividade eleacutetrica do ceacuterebro Eacute um procedimento raacutepido
simples e indolor no qual os impulsos eleacutetricos do ceacuterebro satildeo amplificados e registrados em papel
atraveacutes de um galvanoacutemetro ou em formato digital O seu interesse prende-se natildeo soacute com os baixos
custos da teacutecnica como tambeacutem com a obtenccedilatildeo em tempo real destes sinais de modo a conseguir
diagnosticar eventuais anomalias
A EEG quando comparada com outras teacutecnicas como por exemplo o eletrocardiograma (ECG)
apresenta uma maior dificuldade na obtenccedilatildeo dos dados uma vez que a tensatildeo a captar eacute de muito
menor amplitude os sinais por vezes encontram-se na regiatildeo do ruiacutedo eleacutetrico e aleacutem disso os
amplificadores comuns natildeo fornecem uma banda de funcionamento que consiga amplificar o sinal de
forma eficaz o que exige a utilizaccedilatildeo de amplificadores especialmente desenhados [6] Contudo
estas limitaccedilotildees natildeo impediram o avanccedilo desta tecnologia Ao longo do tempo as teacutecnicas de obtenccedilatildeo
dos dados foram-se aprimorando tendo chegado na fase de maturidade agrave arquitetura ilustrada na
Figura 4 em que a saiacuteda eacute representada em papel desenhada por canetas conduzidas por mecanismos
controlados por galvanoacutemetros Hoje em dia os sistemas evoluiacuteram sobretudo na parte final atraveacutes
da digitalizaccedilatildeo dos sinais filtrados e seu armazenamento num dispositivo digital Desta forma torna-
se muito mais flexiacutevel a fase de visualizaccedilatildeo dos sinais que eacute feita em monitores graacuteficos de
computador bem como a fase de armazenamento e arquivo e criaccedilatildeo de fichas de exame A
digitalizaccedilatildeo permite o processamento digital dos sinais a fim principalmente de os caracterizar do
ponto de vista morfoloacutegico e assim contribuir para a classificaccedilatildeo do ponto de vista cliacutenico
Figura 4 Diagrama de blocos representativo de um sistema para aquisiccedilatildeo de sinais
eletroencefalograacuteficos
A EEG eacute realizada atraveacutes da colocaccedilatildeo de eleacutetrodos no couro cabeludo obedecendo o
posicionamento dos mesmos a regras especiacuteficas pois a sua localizaccedilatildeo influencia os sinais captados
10
10
De modo a facilitar a comparaccedilatildeo dos resultados eacute habitualmente utilizado um sistema se
colocaccedilatildeo padratildeo chamado 10-20 (Figura 5) Segundo este padratildeo os locais onde os eleacutetrodos satildeo
colocados satildeo denominados por letras de acordo com as aacutereas cerebrais adjacentes seguidas de um
nuacutemero impar se o eleacutetrodo se encontrar no lado esquerdo da cabeccedila ou par se for no lado direito
[6]
Apoacutes a obtenccedilatildeo do sinal contiacutenuo de EEG eacute
possiacutevel distinguir vaacuterios tipos de ondas de acordo
com a sua amplitude e frequecircncia A amplitude das
ondas pode ir ateacute aos 200 μV e a frequecircncia ateacute 30Hz
A Figura 6 representa os diferentes tipos de ondas
As ondas delta satildeo ondas da mais baixa frequecircncia
e amplitudes elevadas que ocorrem em momentos do
sono profundo por outro lado as ondas teta
encontram-se na gama de frequecircncias de 4-7 Hz
contudo
continuam a apresentar grandes amplitudes e ocorrem
em estaacutegios de meditaccedilatildeo e relaxamento profundo as
ondas alfa apresentam por sua vez amplitudes meacutedias
e frequecircncias compreendidas entre os 8 e os 13 Hz
correspondendo a estados mentais relaxados no sono
Finalmente as ondas beta satildeo as de mais elevada
frequecircncia (gt13 Hz) com amplitudes de cerca de 10 μV
e ocorrem quando existe um estimulo visual ou no estado
normal de vigiacutelia [6]
221 Eleacutetrodos
Os eleacutetrodos constituem a interface entre o escalpe e o equipamento de mediccedilatildeo No caso de um
eleacutetrodo huacutemido quando a parte metaacutelica entra em contacto com o eletroacutelito tem lugar um processo
de oxidaccedilatildeoreduccedilatildeo de iotildeesaacutetomos que daacute lugar ao aparecimento de um potencial caracteriacutestico
As propriedades fiacutesico-quiacutemicas tanto do eleacutetrodo como do eletroacutelito afetam o valor do potencial
Quando eleacutetrodos idecircnticos satildeo submersos num eletroacutelito homogeacuteneo ambos assumem o mesmo
potencial com respeito ao eletroacutelito Contudo eleacutetrodos diferentes colocados nas mesmas condiccedilotildees
apresentam potenciais diferentes [6] Deste modo eacute sensato concluir que a amplitude do potencial
depende do material de que o eleacutetrodo eacute feito Por esse motivo os eleacutetrodos utilizados na cliacutenica satildeo
comumente produzidos com prata e cloreto de prata uma vez apresentam uma resistecircncia agrave passagem
Figura 5 Sistema internacional 10-20 para
a colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos em EEG
(Adaptado de [17])
Figura 6 Representaccedilatildeo das ondas eletroencefalograacuteficas registadas durante um
exame de EEG [5]
11
11
de corrente natildeo elevada e os seus niacuteveis de impedacircncia satildeo estaacuteveis ao longo de uma ampla gama de
frequecircncias
Contudo o material natildeo eacute o uacutenico paracircmetro que varia para escolher um eleacutetrodo Dependendo
das necessidades existem tambeacutem variedades morfoloacutegicas como os eleacutetrodos invasivos e os natildeo-
invasivos
2211 Eleacutetrodos invasivos
Dentro dos eleacutetrodos invasivos (intracranianos) os mais utilizados satildeo os eleacutetrodos profundos
intracerebrais e os subdurais [13] Os primeiros consistem em eleacutetrodos em forma de agulha feitos
de material flexiacutevel com muacuteltiplos pontos de contacto para registo Satildeo ideais para o registo de
atividade em aacutereas distantes da superfiacutecie Proporcionam ainda um registo preciso da regiatildeo
volumeacutetrica adjacente a cada ponto de registo no entanto a extensatildeo da dita aacuterea eacute limitada [18]
Portanto o uso deste tipo de eleacutetrodos eacute ideal apoacutes os resultados dos exames natildeo-invasivos sugerirem
um ldquoalvordquo provaacutevel Os eleacutetrodos subdurais que podem ser do tipo placa ou tira de silicone com
muacuteltiplos contatos de registo satildeo ideais para o registo de aacutereas extensas do coacutertex [14] Contudo os
eleacutetrodos subdurais podem natildeo registar adequadamente alteraccedilotildees localizadas em profundidade
Este tipo de eleacutetrodos deve apresentar dimensotildees reduzidas de modo a que o dano provocado no
tecido cerebral seja miacutenimo Devem tambeacutem apresentar locais de aplicaccedilatildeo suficientes para recolher
potenciais de muitos neuroacutenios simultaneamente No entanto devido agrave sua natureza altamente
invasiva soacute satildeo usados em casos especiais em que o seu uso pode trazer grandes benefiacutecios para o
paciente
2212 Eleacutetrodos natildeo invasivos
O foco deste estudo centra-se nos eleacutetrodos natildeo invasivos eleacutetrodos colocados na superfiacutecie do
escalpe O contacto entre o eleacutetrodo e a pele eacute facilitado (impedacircncia reduzida) pela utilizaccedilatildeo de
gel e se for esse o caso estaacute-se perante o caso dos eleacutetrodos huacutemidos Contudo a aplicaccedilatildeo deste
gel requer uma preparaccedilatildeo preacutevia da pele que por vezes pode ser demorada suscetiacutevel de
desencadear reaccedilotildees aleacutergicas e desconfortaacutevel para o paciente [3] Surgiu entatildeo a alternativa dos
eleacutetrodos secos eleacutetrodos capazes de aquirir sinais que dispensam a utilizaccedilatildeo de soluccedilotildees todavia
como resultado da ausecircncia do gel ou pasta condutora a impedacircncia interfacial eacute muito mais elevada
tornando indispensaacutevel a integraccedilatildeo de um andar de preacute-amplificaccedilatildeo no eleacutetrodo
Procurando contornar as dificuldades de cada teacutecnica optou-se pelo desenvolvimento de um
bioeleacutetrodo inovador que dispensa a utilizaccedilatildeo de gel mas que apesar disso manteacutem um bom contacto
com a pele humidificando-a
Entre os materiais disponiacuteveis para a fabricaccedilatildeo de eleacutetrodos encontram-se o accedilo inoxidaacutevel o
ouro (Au) o oacutexido de iriacutedio (IrO2)) a prata (Ag) etc [14] tendo-se optado por utilizar um fio de
prata revestido com uma fina camada de cloreto de prata uma vez que os eleacutetrodos fabricados com
12
12
este material apresentam niacuteveis de ruiacutedo reduzidos grande estabilidade do potencial eleacutetrico na gama
de frequecircncias utilizada e uma impedacircncia interfacial baixa [14][19]
23 Interface do eleacutetrodo com a pele
A pele eacute um oacutergatildeo que cobre e protege o corpo e que se observa estar organizado em muacuteltiplas
camadas Eacute composta de trecircs camadas principais a epiderme a derme e a hipoderme cada uma
delas com carateriacutesticas estruturais especiacuteficas que levam a diferentes niacuteveis de condutividade
eleacutetrica e que podem ser representados atraveacutes de modelos baseados em componentes eleacutetricos
baacutesicos [14] Podemos entatildeo do ponto de vista eleacutetrico simular os tecidos bioloacutegicos a partir de um
circuito eleacutetrico formado por resistecircncias e condensadores dispostos em redes com seacuteries e paralelos
agindo estes como condutores ou dieleacutetricos nos quais o fluxo de corrente seguiraacute o caminho de
menor oposiccedilatildeo (Figura 7) Um exemplo ilustrativo desta situaccedilatildeo estaacute representado para o stratum
corneum a camada mais perifeacuterica da epiderme como este tecido eacute relativamente pouco condutor
apresenta uma elevada impedacircncia agrave transmissatildeo das correntes eleacutetricas [20] Assim devido agraves suas
propriedades dieleacutetricas a sua pequena espessura e o seu posicionamento entre o eleacutetrodo condutor
exterior e os tecidos subjacentes mais condutores eacute possiacutevel a sua representaccedilatildeo por meio de um
condensador de placas paralelas
Figura 7 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da interface com a pele e
o seu modelo de circuito eletroacutenico equivalente Adaptado de [14]
O valor da capacidade eleacutetrica da pele estaacute relacionado com a espessura e composiccedilatildeo da camada
coacuternea e tem um valor tiacutepico no intervalo 002-006 microFcm2 [14]
Por outro lado uma vez que alguns iotildees conseguem atravessar o stratum corneum atraveacutes dos
elementos da pele (foliacuteculos do cabelo suor canais das glacircndulas sebaacuteceas imperfeiccedilotildees da pele)
isso pode ser representado coletivamente por uma resistecircncia que seraacute colocada em paralelo com o
condensador Como as camadas subjacentes agrave epiderme satildeo relativamente condutoras representam-
se por uma resistecircncia em seacuterie adicional A presenccedila de uma elevada densidade de foliacuteculos pilosos
(que atuam como derivaccedilotildees de baixa resistecircncia) daacute origem a um valor muito baixo na resistecircncia da
13
13
pele No entanto esta observaccedilatildeo eacute contrabalanccedilada pela dificuldade em fazer contato mecacircnico e
eleacutetrico firme Em tais casos a impedacircncia da pele eacute muito elevada e por vezes eacute necessaacuterio recorrer
agrave remoccedilatildeo dos pelos antes de realizar o exame [14]
231 Hidrataccedilatildeo da pele
O processo de hidrataccedilatildeo da pele humana acontece por duas vias a interna e a externa [21] No
caso da via interna isto acontece quando os queratinoacutecitos migram atraveacutes da derme e sofrem
alteraccedilotildees significativas uma vez que paralelamente a esse processo satildeo libertados liacutepidos e o fator
de hidrataccedilatildeo natural da pele (NMF - Natural moisturizer factor) No caso dos liacutepidos estes formam
uma barreira para a perda de aacutegua e ajudam a reter a hidrataccedilatildeo natural da pele Jaacute no caso da
hidrataccedilatildeo por via externa esta acontece quando introduzimos na pele substacircncias cosmeacuteticas e
farmacecircuticas com capacidades de humedecer as camadas externas da pele para isso na produccedilatildeo
destas substacircncias satildeo utilizadas principalmente trecircs tipos de ingredientes (1) os humectantes que
Incluem a glicerina a ureia e o aacutecido carboxiacutelico da pirrolidona (PCA) que atuam atraindo a aacutegua das
camadas inferiores da derme e ajudando a manter essa aacutegua no estrato coacuterneo (2) os agentes oclusivos
que aumentam os niacuteveis de humidade proporcionando uma barreira fiacutesica para a perda de aacutegua (ceras
oacuteleos e silicones) (3) os emolientes que procuram restaurar os NMF [21]
2311 O gel para utilizaccedilatildeo com os eleacutetrodos
O gel utilizado nos eleacutetrodos serve para (1) assegurar um bom contacto eleacutetrico com a pele do
paciente (2) facilitar a transferecircncia de carga na interface eleacutetrodo-eletroacutelito e assim (3) diminuir
a impedacircncia do estrato coacuterneo [14]
Existem dois tipos de gel o gel huacutemido normalmente denominados como pasta creme ou
substacircncia gelatinosa e o hidrogel Os primeiros satildeo geralmente compostos por aacutegua um agente
espessante bactericidasfungicidas sais ioacutenicos e um surfatante O sal ioacutenico tem como finalidade
conferir condutividade eleacutetrica ao gel e diminuir a impedacircncia eleacutetrica da pele atraveacutes da sua difusatildeo
na mesma Normalmente os sais utilizados satildeo o cloreto de soacutedio (NaCl) ou de potaacutessio (KCl) uma vez
que a maior parte dos iotildees presentes na superfiacutecie da pele humana satildeo o cloreto o soacutedio e o potaacutessio
permitindo assim que elevadas concentraccedilotildees destes sais sejam melhor toleradas pelo corpo
[14][18][22] Por outro lado o hidrogel eacute um gel soacutelido que incorpora hidrocoloacuteides naturais no
entanto a utilizaccedilatildeo destes agentes naturais por vezes provoca desempenhos variaacuteveis e cores pouco
atrativas levando assim agrave utilizaccedilatildeo de hidrocoloacuteides artificiais de modo a eliminar variabilidades
indesejadas
O hidrogel tecircm tendecircncia a causar menos irritaccedilotildees na pele quando comparado com o gel huacutemido
porque o hidrogel limita-se a garantir um bom contato eleacutetrico entre a pele e o eleacutetrodo sem afetar
as propriedades do stratum corneum [14]
14
14
O hidrogel eacute eletricamente mais resistivo do que o gel no entanto esta desvantagem eacute
compensada tanto pela utilizaccedilatildeo de maiores aacutereas com hidrogel como tambeacutem pela diminuiccedilatildeo da
espessura da camada do mesmo Contudo isto natildeo eacute suficiente uma vez que o hidrogel natildeo eacute tatildeo
eficaz na hidrataccedilatildeo da pele (tem tendecircncia a absorver humidade) dando assim como resultado um
aumento na impedacircncia da pele [14]
24 Teacutecnicas de revestimento da prata com cloreto de prata
Finas camadas de um determinado metal depositado sobre um substrato desemprenham
muitas vezes uma funccedilatildeo essencial em muitos dispositivos como por exemplo nos circuitos integrados
No caso dos eleacutetrodos eacute necessaacuterio revestir os fios de prata com finas camadas de cloreto de prata
com o intuito de auxiliar a concretizaccedilatildeo das trocas ioacutenicas referidas no capiacutetulo 1 equaccedilatildeo (1) de
modo a ter-se uma transduccedilatildeo do sinal ioacutenico num sinal eleacutetrico de forma eficaz e reversiacutevel Estas
camadas devem apresentar caracteriacutesticas rigorosamente controladas A espessura a estrutura
atoacutemica e a composiccedilatildeo quiacutemica devem ser uniformes [14][18] Eacute tambeacutem importante que exista
pouca ou nenhuma contaminaccedilatildeo por outras partiacuteculas
As propriedades dos filmes satildeo altamente dependentes dos processos de deposiccedilatildeo Estes
devem ter boa aderecircncia e prover uma boa cobertura Deste modo para a preparaccedilatildeo da prata para
eleacutetrodos a teacutecnica a utilizar deve ser a deposiccedilatildeo eletroquiacutemica atraveacutes de um processo que envolve
a deposiccedilatildeo de um material soacutelido por meio de uma reaccedilatildeo quiacutemica com ou sem recurso a energia
externa Neste caso os substratos de prata satildeo submersos numa soluccedilatildeo contendo um agente oxidante
(por exemplo cloreto feacuterrico) produzindo assim uma fina camada de cloreto de prata ( ( 4)
Ag + + FCl3 FeCl2 + Ag ( 4 )
Em geral a deposiccedilatildeo por electroless plating de um metal envolve a deposiccedilatildeo de um
revestimento metaacutelico a partir dos seus iotildees presentes num banho aquoso sobre uma superfiacutecie atraveacutes
de uma reaccedilatildeo de reduccedilatildeo quiacutemica controlada que eacute ativada pelo metal que estaacute a ser depositado
(reduzido) [23] Os revestimentos obtidos atraveacutes da implementaccedilatildeo desta teacutecnica satildeo geralmente
uniformes duros com elevadas resistecircncias agrave corrosatildeo e ao desgaste e apresentam baixo coeficiente
de fricccedilatildeo [24][25]
Existe contudo uma enorme variedade de meacutetodos eletroquiacutemicos que permitem a
oxidaccedilatildeodeposiccedilatildeo de finas camadas de cloreto de prata tais como a deposiccedilatildeo assistida por plasma
ou por feixes de iotildees o sputtering a deposiccedilatildeo quiacutemica e a deposiccedilatildeo fiacutesica em fase de vapor etc
[25] Todavia a execuccedilatildeo destes processos envolve a utilizaccedilatildeo de equipamentos altamente
especializados em ambiente de vaacutecuo vaacuterias soluccedilotildees e um campo eleacutetrico de modo a possibilitar a
transformaccedilatildeo de energia quiacutemica em energia eleacutetrica e vice-versa Finalmente um meacutetodo tambeacutem
bastante usado eacute a sinterizaccedilatildeo de poacute de cloreto de prata sobre o substrato metaacutelico dando origem
a um revestimento espesso e poroso
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15
25 Novo conceito de eleacutetrodo
O desenvolvimento do novo tipo de bioeleacutetrodo busca
colmatar as lacunas presentes nos eleacutetrodos disponiacuteveis
comercialmente (dos tipos huacutemido e seco) Tentando manter as
melhores carateriacutesticas de cada tipo de eleacutetrodo Para isso eacute
necessaacuterio desenvolver o eleacutetrodo com materiais condutores que
possibilitem as trocas ioacutenicas e aleacutem disso tenha a capacidade
de manter huacutemido o ponto de contacto com a pele de forma a
diminuir a impedacircncia na interface mas sem usar pastas ou gel
que sujam a pele
A hidrataccedilatildeo da pele por via externa nos ensaios a
realizar eacute feita atraveacutes da aplicaccedilatildeo de diferentes soluccedilotildees
hidratantes que se encontram embebidas numa esponja num
reservatoacuterio existente no eleacutetrodo (Figura 8) Estas soluccedilotildees tecircm a capacidade de migrar atraveacutes do
eleacutetrodo atraveacutes do efeito de capilaridade e gravidade uma vez que a base do eleacutetrodo eacute feita de
policarbonato com porosidade aberta adequada ao fenoacutemeno da capilaridade
O desenvolvimento deste bioeleacutetrodo inovador possibilita tambeacutem uma colocaccedilatildeo raacutepida
coacutemoda e segura Uma vez que estes passam a ser colocados com uma touca
Finalmente eacute tambeacutem importante referir que a forma do eleacutetrodo em multipino permitiraacute
numerosos pontos de contacto de modo a minimizar a impedacircncia do mesmo contribuindo para a
obtenccedilatildeo de melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
26 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
O ruiacutedo eacute um sinal interferente de natureza aleatoacuteria que provoca a degradaccedilatildeo de sinal
durante o seu processamento Em eletroacutenica diz respeito a quaisquer correntes ou tensotildees indesejadas
que mascaram o sinal que realmente interessa
Nos dispositivos e circuitos eletroacutenicos existem inuacutemeras fontes de ruiacutedo dai a importacircncia
na sua caraterizaccedilatildeo
Um tipo importante de ruiacutedo eacute o ruiacutedo de Johnson-Nyquist presente nos portadores de carga
e em todos os elementos com resistecircncia eleacutetrica Este tipo de ruiacutedo eacute caraterizado por uma densidade
espectral de potecircncia (do inglecircs power spectral density - PSD) uniforme e forma de onda gaussiana
[26]
O ruiacutedo de Johnson-Nyquist eacute comumente chamado ruiacutedo teacutermico e a sua tensatildeo eficaz pode
ser calculado atraveacutes da ( 5 para uma resistecircncia eleacutetrica R
Vt= radic4∙k∙T∙B∙R=radic16times1020
∙B∙R ( 5 )
Figura 8 Eleacutetrodo de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios A representa o fio de prata B a soluccedilatildeo condutora C a esponja do reservatoacuterio e D material de policarbonato de natureza porosa onde se estabelece o contacto com a pele
16
16
onde k representa a constante de Boltzmann em JK T a temperatura da resistecircncia em K B
a banda equivalente de ruiacutedo e R o valor da resistecircncia em Ohm
Para o caacutelculo da banda equivalente de ruiacutedo considera-se que o sistema tem uma funccedilatildeo de
transferecircncia do tipo 1198810
119881119894frasl = 119860(119895119891) e estaacute sujeito a uma entrada de ruiacutedo de PSD 119878119881119894
Deste modo
obtemos que o valor meacutedio da tensatildeo de ruiacutedo na saiacuteda para um amplificador seraacute
1198811198990
2 = int 119878119881119894 |A(jf)|2 partfinfin
0
( 6 )
Sendo |119860(119895119891)| usualmente uma funccedilatildeo do tipo
Figura 9 Funccedilatildeo de um filtro passa-baixos |119912(119947119943)|
Uma vez que as regiotildees sombreadas satildeo iguais pode-se simplificar o caacutelculo atraveacutes da aacuterea
de um retacircngulo com a mesma aacuterea que o quadrado da funccedilatildeo de transferecircncia Temos entatildeo que a
banda equivalente eacute dada por
B=1
|A0|2int |A(jf)|2 partf
infin
0
( 7 )
Outro tipo de ruiacutedo presente nos equipamentos eletroacutenicos que eacute interessante estudar eacute o
ruiacutedo ldquoshotrdquo ou ruiacutedo de corrente (Ish) que como o nome indica estaacute associado agrave corrente DC que
flui atraveacutes de uma barreira de potencial e pode ser representado por
Ish= radic2∙q∙IDc∙B ( 8 )
Onde q representa a carga eletroacutenica em coulomb e IDC a corrente contiacutenua meacutedia em ampere
Finalmente outro tipo de ruiacutedo a estudar seraacute o ruiacutedo 1f ldquoflickerrdquo ou ruiacutedo de contacto (If)
que ocorre devido agraves diferenccedilas nos niacuteveis de energia eleacutetricos quando existe um contato imperfeito
entre dois materiais Este tipo de ruiacutedo pode ser calculado atraveacutes de
119868119891 = 119870 ∙ 119868119863119888 ∙ radic119861
radic119891 ( 9 )
Onde K eacute um valor constante que depende do material e da geometria
A baixas frequecircncias este ruiacutedo eacute chamado de ruiacutedo ldquo1frdquo devido agrave tendecircncia caracteriacutestica
de decrescimento com a frequecircncia Eacute importante notar que a magnitude do ruido ldquoflickerrdquo pode ser
17
17
muito grande para pequenas frequecircncias o que leva a que seja a forma de ruiacutedo predominante em
circuitos de baixa frequecircncia
Considerando o ruiacutedo total como adiccedilatildeo das contribuiccedilotildees dos vaacuterios tipos de ruiacutedo na
configuraccedilatildeo eleacutetrica adotada para um amplificador pode-se considerar que o ruiacutedo na entrada segue
a representaccedilatildeo da Figura 10 da qual eacute possiacutevel retirar que
1198681198992 =
1198811198991199052 minus 119881119899
2 minus 1198811199052
1198771199042 ( 10 )
Na praacutetica In pode ser calculado atraveacutes da PSD do ruiacutedo total obtido com uma resistecircncia
elevada de modo a que 1198811198990≫ 119860radic119881119899
2 ∙ 1198811199052 e que Vn eacute a PSD do sistema com a entrada em curto circuito
Figura 10 Circuito representativo dos componentes do ruiacutedo do amplificador na entrada segundo o modelo Vn-In
No corpo humano a captaccedilatildeo dos biopotenciais no escalpe estaacute sujeita agrave presenccedila de ruiacutedo
eleacutetrico intriacutenseco indesejado na interface eleacutetrodogelpele que faz com que o processo de deteccedilatildeo
e anaacutelise dos sinais bioloacutegicos reais seja mais complicado Eacute necessaacuterio por isso caracterizar e
conhecer a magnitude e origem destas flutuaccedilotildees de modo a caraterizar a qualidade dos eleacutetrodos
desenvolvidos
O ruiacutedo eleacutetrodo-pele pode estar ligado agrave interface entre o eleacutetrodo e o eletroacutelito ou entatildeo
agrave interface eletroacutelito-pele No primeiro caso esta situaccedilatildeo pode ser mensurada atraveacutes da colocaccedilatildeo
de eleacutetrodos do mesmo tipo um contra o outro Por outro lado o ruiacutedo produzido pela interface
eletroacutelito-pele deve ser mensurado de uma forma indireta atraveacutes do contacto direto entre o eleacutetrodo
e a pele Nesta situaccedilatildeo o ruiacutedo eacute tipicamente mais elevado do que o que se obteacutem na interface
eleacutetrodo-eletroacutelito [3] Uma vez que os resultados obtidos nestes ensaios dependem diretamente do
estado da pele eacute importante garantir um tratamento preacutevio adequado
18
18
261 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio do tempo RMS e Deriva do potencial
A raiz do valor quadraacutetico meacutedio RMS (do inglecircs root mean square) ou valor eficaz eacute uma
medida estatiacutestica da magnitude de uma quantidade variaacutevel que pode ser calculada atraveacutes da
expressatildeo
120600119877119872119878 = radic1
119873 sum120600119894
2
119873
119894=1
= radic1206001
2 + 12060022 + ⋯+ 120600119873
2
119873 ( 11 )
Nos sinais a estudar satildeo calculados os valores RMS da parte alternada do sinal em intervalos
de tempo sucessivos Destes valores eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees acerca da evoluccedilatildeo temporal do
sinal assim como a quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo
Por outro lado a deriva do potencial eacute calculada recorrendo agrave primeira derivada do sinal nos
diferentes pontos pela componente contiacutenua do sinal sendo portanto de natureza lenta Eacute possiacutevel
por isso analisar a deriva do potencial e o tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema atraveacutes do recurso desde
caacutelculo
262 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio das frequecircncias Densidade espectral
A densidade espectral de potecircncia PSD eacute definida pela transformada de Fourier da funccedilatildeo
de autocorrelaccedilatildeo (Rxx (120591)) de um processo estacionaacuterio ou seja
Teorema de Wiener-Khintchine 119878119909(119891) = F[Rxx(120591)]= int Rxx(120591)119890minus 1198952120587119891120591119889120591infin
minusinfin
( 12 )
Por outras palavras a PSD descreve a distribuiccedilatildeo da variacircncia de um processo aleatoacuterio no
domiacutenio da frequecircncia [27][28]
No Matlab esta estimaccedilatildeo eacute feita atraveacutes da funccedilatildeo pwelch jaacute implementada esta segue o
meacutetodo Welch para o caacutelculo da PSD Este meacutetodo eacute baseado no conceito de utilizaccedilatildeo de
periodogramas de estimaccedilatildeo espectral que satildeo o resultado da conversatildeo de um sinal no domiacutenio
temporal para o domiacutenio da frequecircncia [29] Para isso o meacutetodo Welch segue o fundamento do
meacutetodo Bartlett contudo permite a sobreposiccedilatildeo de segmentos [30]
O meacutetodo Bartlett consiste primeiramente na divisatildeo do segmento original de N amostras em
K segmentos de comprimento M Para cada segmento eacute obtido o periodograma calculado atraveacutes da
transformada discreta de Fourier de seguida eacute calculado o quadrado do resultado e dividido por M
Finalmente eacute feita a meacutedia do resultado dos periodogramas para todos os segmentos de K amostras
resultando num uacutenico vetor de potenciais em funccedilatildeo da frequecircncia Ou seja a reparticcedilatildeo da potecircncia
ao longo do espetro [28]
19
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27 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo da impedacircncia
Um sistema eletroquiacutemico eacute aquele onde haacute a presenccedila de pelo menos uma fase condutora
eletroacutenica (eleacutetrodo) em contato direto com uma fase condutora ioacutenica (eletroacutelito) as quais originam
a interface eleacutetrodo-eletroacutelito onde se forma duma dupla camada eleacutetrica
A mediccedilatildeo da impedacircncia eletroquiacutemica em modo potenciostaacutetico eacute feita atraveacutes da
aplicaccedilatildeo de um sinal de potencial eleacutetrico sinusoidal 119881(119905) com cerca de 5 a 20 mV numa ceacutelula
eletroquiacutemica Satildeo medidas a resposta na forma de corrente eleacutetrica 119868(119905) e diferenccedila de fase entre
o sinal de potencial e o sinal da corrente [31] Ao medir a corrente alternada que atravessa a ceacutelula
eletroquiacutemica obtemos a impedacircncia Z da forma convencional 119885 = 119881119868 [32] Refira-se que a obtenccedilatildeo
da impedacircncia pode igualmente ser feita impondo uma perturbaccedilatildeo de corrente e medindo o
potencial A impedacircncia do eleacutetrodo reflete entatildeo a capacidade do eleacutetrodo para transferir carga a
determinada frequecircncia [32][33]
Deste modo tem-se se os valores da tensatildeo alternada V(t) e da intensidade I(t) forem
representados por
V(t)=V0∙ cos ωt
( 13 )
I(t)=I0∙ cos (ωt+φ) ( 14 )
No qual V0 representa a amplitude de pico do sinal 120596 a frequecircncia angular (120596 = 2120587119891) I0 a
amplitude do sinal de corrente e 120593 a diferenccedila de fase entre os dois sinais
Pela equaccedilatildeo de Euler
eiφ= cos φ +j sin φ ( 15 )
temos entatildeo que se φ=120596119905
V(t)= V0∙Re(ejωt) ( 16 )
representando essa tensatildeo alternada como uma parte real de uma grandeza complexa
temos que V(t) eacute equivalente a
V(t)=V0∙Re(119888119900119904120596119905 + 119895 ∙ 119904119894119899 120596119905) ( 17 )
Por outro lado atendendo agrave Equaccedilatildeo de Euler acima descrita a corrente eleacutetrica gerada
por um elemento de circuito em resposta a uma tensatildeo alternada pode ser escrita como
I(t)=I0∙Re(119890(120596119905+120593))
( 18 )
Deste modo a impedacircncia fica
Z(ω)=Z0∙ejφ
( 19 )
e aplicando a equaccedilatildeo de Euler
Z(ω)=Z ( cos φ + j sin φ ) ( 20 )
20
20
Obtemos uma equaccedilatildeo composta de uma parte real e uma parte imaginaacuteria possibilitando
assim a sua representaccedilatildeo num plano cartesiano onde a parte real corresponderaacute ao eixo das abcissas
e a parte imaginaria ao eixo das ordenadas (Diagrama de Nyquist)
Pode-se tambeacutem representar a impedacircncia como um vetor no plano complexo
Z (ω)=Re[Z(ω)]i +Im[Z(ω)]j ( 21 )
E se Z0 for o moacutedulo da impedacircncia a parte real de 119885(120596) escreve-se
Z=Z0∙ cos φ
( 22 )
sendo a parte imaginaacuteria representada por
Z=Z0∙ sin φ
( 23 )
que segundo a representaccedilatildeo de Fresnel corresponde a
Z(ω)=Z+ j Z
( 24 )
ou seja
1198850=|Z(ω)|=radicZ2+ Z
2 ( 25 )
e
tan φ = Z
Zfrasl ( 26 )
Os diagramas de Nyquist satildeo uacuteteis para reconhecer o tipo de processo envolvido Os diagramas
de Bode por outro lado mostram a dependecircncia direta do acircngulo de fase com a frequecircncia Este
uacuteltimo eacute particularmente interessante em escalas de frequecircncia muito diferentes uma vez que eacute
frequentemente representado atraveacutes da escala logariacutetmica portanto os resultados nos capiacutetulos
subsequentes seratildeo apresentados neste formato
21
21
A teacutecnica de Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica (do inglecircs Electrochemical
Impedance Spectroscopy - EIS) fornece uma visatildeo completa e detalhada das caracteriacutesticas eleacutetricas
da interface eleacutetrodo-eletroacutelito quando efetuada
numa gama suficientemente largada de frequecircncias
Na Figura 11 estaacute representado um esquema da
montagem experimental para mediccedilatildeo da
impedacircncia As reaccedilotildees eletroquiacutemicas satildeo em
essecircncia reaccedilotildees quiacutemicas em que ocorrem
transferecircncia de eletrotildees para um eleacutetrodo e como
regra ocorrem de acordo com princiacutepios quiacutemicos
gerais Haacute contudo certas caracteriacutesticas das
reaccedilotildees eletroquiacutemicas que satildeo uacutenicas Algumas
delas envolvem a transferecircncia de eletrotildees atraveacutes
de uma interface (reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo) o
que acarreta uma dependecircncia com as dimensotildees e
aacuterea do eleacutetrodo assim como tambeacutem das
propriedades da interface com o eleacutetrodo
Eacute habitual que os eleacutetrodos de AgAgCl apresentem potenciais relativamente baixos e
estaacuteveis Portanto a deposiccedilatildeo da camada de AgCl estabilizaraacute o potencial do eleacutetrodo e reduziraacute os
niacuteveis de impedacircncia Eacute de salientar que impedacircncias aceitaacuteveis para os eleacutetrodos de superfiacutecie devem
encontrar-se abaixo dos 5 k uma vez que quanto maior a impedacircncia maior seraacute a resistecircncia do
eleacutetrodo agrave passagem de corrente No entanto valores de 10 k ou mesmo 40 K ainda satildeo
considerados aceitaacuteveis dependendo dos autores [34][35]
Figura 11 Esquema representativo do ensaio potenciostaacutetico para mediccedilatildeo da impedacircncia
22
22
23
23
Capiacutetulo 3 Materiais e meacutetodos
Materiais e meacutetodos
31 Preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes
Na preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes dissolveu-se cloreto de soacutedio (NaCl) em aacutegua
adicionando de seguida um tensioativo (tweencopy-80) e um humectante (propilenoglicol) As
concentraccedilotildees destes componentes variaram nas 3 soluccedilotildees conforme referido na Tabela 2 Conveacutem
referir que cada componente foi dissolvido em constante e contiacutenua agitaccedilatildeo numa placa de
agitaccedilatildeo tendo-se misturado primeiro o propilenogicol com o tweencopy e soacute depois com os restantes
compostos
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas
COMPONENTE INFORMACcedilAtildeO DO COMPONENTE SOLUCcedilAtildeO
1 2 3
NaCl (mV) VWR-BDH Prolabo Lote 27810295
09 09 09
Tweencopy-80 (VV) Acofarma
Lote 130287 3 3 5
Propilenoglicol(VV) Acofarma
Lote 131337 10 30 30
Aacutegua (VV) - qbp 100 qbp 100 qbp 100
A biocompatibilidade das mateacuterias-primas empregues para a obtenccedilatildeo das soluccedilotildees torna este
novo conceito de eleacutetrodo uma alternativa promissora para utilizaccedilatildeo cliacutenica Esta biocompatibilidade
estaacute inversamente relacionada com a concentraccedilatildeo de cloretos de soacutedio ou seja quanto menor a
concentraccedilatildeo tanto maior a biocompatibilidade das soluccedilotildees Por esse motivo as soluccedilotildees
desenvolvidas contavam com pequenas concentraccedilotildees de sais de modo a ser o mais semelhante
possiacutevel aos componentes ioacutenicos da proacutepria pele humana
24
24
32 Produccedilatildeo dos novos eleacutetrodos
321 Produccedilatildeo da estrutura porosa de policarbonato
A produccedilatildeo da estrutura porosa (wicks) foi realizada atraveacutes da sinterizaccedilatildeo de poacutes de
policarbonato (PC)
No que diz respeito ao processo de fabrico propriamente
dito o primeiro passo consistiu na moagem da mateacuteria-prima
(policarbonato) de seguida estas partiacuteculas foram sinterizadas
atraveacutes de um equipamento designado por cilindro de sinterizaccedilatildeo
Este cilindro foi aquecido a uma temperatura de asymp170degC e atingida
esta gama de temperaturas colocaram-se as partiacuteculas no molde
ldquoWickrdquo com as dimensotildees apresentadas na Figura 12 que se
encontrava dentro do cilindro central Procedeu-se
imediatamente ao encaixe do pistatildeo no cilindro central Para
finalizar mergulhou-se em aacutegua fria o cilindro central contendo o
molde deixando de seguida secar agrave temperatura ambiente [36]
322 Preparaccedilatildeo dos eleacutetrodos de pratacloreto de prata
Para a deposiccedilatildeo da camada de cloreto de prata nos fios de prata recorreu-se a uma teacutecnica
de deposiccedilatildeo quiacutemica Para isso os fios de prata (Ag) (diacircmetro = 250 miacutecron 9999 Goodfellow
Cambridge) foram oxidados com uma soluccedilatildeo de cloreto de ferro (III) (MERCK Lote 7705-08-0) apoacutes
um preacute-tratamento que permitiu a remoccedilatildeo de impurezas e sujidades presentes na superfiacutecie dos fios
Este preacute-tratamento consistiu na limpeza da superfiacutecie dos fios com 2-propanol e posterior imersatildeo
dos mesmos numa tina de ultrassons com 2-propanol durante 10 minutos De seguida mergulharam-
se os fios de prata em aacutegua destilada de forma a remover todo o 2-propanol presente Finalmente
o processo de oxidaccedilatildeo consistiu em submergir os fios de prata numa soluccedilatildeo aquosa de FeCl3 50 mM
durante 2 minutos ao finalizar este periacuteodo foram armazenados durante 24h num recipiente revestido
com folha de alumiacutenio que possuiacutea uma soluccedilatildeo de HCl 01M para estabilizaccedilatildeo Os fios que natildeo foram
utilizados imediatamente foram armazenados num recipiente revestido com folha de alumiacutenio com
uma soluccedilatildeo de HCl 0005M O comprimento de cada fio de prata eacute aproximadamente de 8 cm
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato
25
25
323 Montagem dos eleacutetrodos
Apoacutes o fabrico da estrutura porosa e da preparaccedilatildeo dos
fios de prata procedeu-se agrave montagem dos eleacutetrodos para isso
cortaram-se pequenas porccedilotildees de uma esponja em poliuretano
com configuraccedilatildeo ciliacutendrica e um diacircmetro semelhante ao da
parte superior da estrutura porosa De seguida atravessou-se esta
esponja com o fio de prata e inseriu-se o conjunto ldquoesponja +
arame de pratardquo dentro de um orifiacutecio superior que a estrutura
porosa possui Finalmente incorporou-se esta estrutura dentro de
um tubo de PVC de modo a atingir a configuraccedilatildeo apresentada na
Figura 13
33 Preparaccedilatildeo dos ensaios
Antes do iniacutecio dos ensaios os eleacutetrodos foram previamente lavados com 2-propanol e
colocados na estufa de modo a evaporar os resiacuteduos do aacutelcool Posteriormente foi aplicada a soluccedilatildeo
hidratante que se pretendia estudar de modo a que a esponja ficasse completamente embebida Desta
forma por uma parte os novos eleacutetrodos em estudo foram testados recorrendo agraves soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 e por outra os eleacutetrodos que serviram como controlo (eleacutetrodo de AgAgCl
(BIO EASYCAP GmbH Alemanha)) utilizaram o gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) Foram tambeacutem utilizados eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) como referecircncia
Para os estudos eletroquiacutemicos incorporaram-se os eleacutetrodos numa montagem constituiacuteda por
um potenciostatogalvanostato Gamry G-300 (Gamry Instruments USA) De modo a diminuir o ruiacutedo
eletroacutenico os ensaios foram todos realizados dentro de uma Gaiola de Faraday Eacute importante referir
que uma vez o nosso sistema de aquisiccedilatildeo de dados era ldquoearth groundedrdquo seguiu-se a sugestatildeo da
bula do Gamry e optou-se unicamente por ligar o ldquofloating groundrdquo agrave gaiola
34 Condiccedilotildees dos ensaios
A primeira parte do trabalho foi desenvolvida laquoIn vitroraquo com eleacutetrodos multipino foi feito
entatildeo um estudo do ruido eletroquiacutemico entre eleacutetrodos do mesmo tipo nas diferentes soluccedilotildees
referidas na Tabela 2 De seguida realizou-se um estudo das impedacircncias dos novos eleacutetrodos nas
diferentes soluccedilotildees seguidos por um estudo de controlo realizado nas mesmas condiccedilotildees com o
eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente e o correspondente gel hidratante Estes ensaios foram
reproduzidos 3 vezes uma vez que em estudos anteriores jaacute se tinha verificado uma boa
reprodutibilidade dos ensaios
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios
26
26
Na segunda fase dos estudos realizou-se uma avaliaccedilatildeo do ruido da impedacircncia vs frequecircncia
laquoIn vivoraquo com as diferentes soluccedilotildees Estes ensaios foram realizados em 8 voluntaacuterios saudaacuteveis 6 do
sexo feminino e 2 do masculino Deste modo consegue-se escolher uma soluccedilatildeo para avanccedilar ao
estaacutegio seguinte que consistia na mediccedilatildeo e comparaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos obtidos tanto
com os eleacutetrodos de controlo como com os eleacutetrodos multipino porosos com a soluccedilatildeo hidratante mais
adequada Os resultados foram obtidos com a participaccedilatildeo de 2 voluntaacuterios saudaacuteveis de ambos sexos
341 Ensaios laquoIn vitroraquo
3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito
Nos ensaios de ruiacutedo eletroquiacutemico apenas foram utilizados eleacutetrodos multipino porosos
Fig14 (b) sendo um ligado ao terminal do eleacutetrodo de trabalho e o outro ao terminal do eleacutetrodo de
referecircncia A distacircncia entre os eleacutetrodos foi controlada durante o decorrer dos ensaios optando-se
por uma distacircncia de 3 cm entre os dois eleacutetrodos Foi tambeacutem realizada uma montagem de controlo
nas mesmas condiccedilotildees contudo esta era constituiacuteda por dois eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel
Electro-Cap International Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA)
Estabelecida a montagem do sistema eletroacutenico procedeu-se agrave mediccedilatildeo do ruiacutedo eleacutetrico em
circuito aberto para isso recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software ldquoESA410 Data Acquisitionrdquo da Gamry
um software projetado especificamente para a aquisiccedilatildeo e anaacutelise de sinais de ruiacutedo eletroquiacutemico
[37] Para aquisiccedilatildeo dos dados o ESA410trade associa-se ao potenciostato Gamry que faz aquisiccedilatildeo dos
dados em modo potenciostaacutetico a recolha dos dados eacute feita em circuito aberto O teste para cada
eleacutetrodo foi realizado ao longo de 12 minutos com uma taxa de amostragem constante de 1000 Hz
ao longo de todo o teste e um filtro de 10 A frequecircncia de amostragem foi escolhida tendo em conta
o Teorema de Nyquist que afirma que a frequecircncia de amostragem de um sinal analoacutegico para que
possa posteriormente ser reconstituiacutedo com o miacutenimo de perda de informaccedilatildeo deve ser igual ou maior
a duas vezes a maior frequecircncia do espectro desse sinal 119861 le119891119904
2 Por outras palavras a frequecircncia
maacutexima do sinal de entrada deveraacute ser menor ou igual a metade da taxa de amostragem [38] Para
que isto seja conseguido o sistema incorpora um filtro passa-baixo ldquoanti-aliasrdquo (deixa passar baixas
frequecircncias mas atenua as frequecircncias maiores do que a frequecircncia de Nyquist) [39]
3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito
Na montagem eletroacutenica dos ensaios de impedacircncia o contra eleacutetrodo era representado por
um eleacutetrodo comercial de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) o eleacutetrodo de trabalho um
eleacutetrodo poroso multipino (cada ensaio com as suas diferentes soluccedilotildees) e o eleacutetrodo de referecircncia
um eleacutetrodo de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) Fig14 (a) Optou-se tambeacutem pela
27
27
implementaccedilatildeo de um controlo com eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap International
Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap International Inc USA)
A obtenccedilatildeo dos dados eacute feita atraveacutes da teacutecnica de espectroscopia de impedacircncia
eletroquiacutemica em modo potenciostaacuteticordquo presente no software EIS300TM da Gamry neste modo de
funcionamento eacute aquirido um espectro de impedacircncia ao longo do intervalo de frequecircncias de 10 kHz
ateacute 01 Hz com uma tensatildeo AC aplicada (5 mV RMS) da tensatildeo de desvio DC (0 V vs circuito aberto)
e representados 3 pontos por deacutecada
(a) (b)
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo
342 Ensaios laquoIn vivoraquo
3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele
De modo a mensurar o ruiacutedo
causado pela interface entre o eletroacutelito e
a pele procedeu-se agrave montagem de um
sistema semelhante ao utilizado nos
ensaios do ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito dentro
de uma gaiola de Faraday contudo estes
ensaios foram realizados laquoIn vivoraquo
procedendo-se agrave colocaccedilatildeo dos dois
eleacutetrodos na zona anterior da tiacutebia com
um espaccedilo entre eles de 3 cm (Figura 15)
apoacutes a superfiacutecie da pele ter sido limpa
com etanol a 70
A montagem contava com um sistema de seguranccedila inserido em seacuterie no sistema de mediccedilatildeo
e que corta a corrente se esta for superior a 100 microA
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
28
28
A mediccedilatildeo do ruido foi feita tendo em conta o tipo de eleacutetrodo tendo-se para isso optado por
fazer as mediccedilotildees com eleacutetrodos do mesmo tipo ou seja num primeiro ensaio mensurou-se o ruido
entre 2 eleacutetrodos de pratacloreto de prata com o respetivo gel hidratante e numa segunda
abordagem optou-se por mensurar o ruido entre dois dos eleacutetrodos porosos com as diferentes soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 Contudo foi controlada a pressatildeo da banda que fixava os eleacutetrodos porosos
agrave tiacutebia sendo estipulado o valor da pressatildeo no intervalo de 15N a 2N
Neste ensaio o primeiro eleacutetrodo encontra-se ligado aos terminais dos eleacutetrodos de trabalho
o segundo ao terminal da referecircncia e o cabo do ground foi ligado agrave gaiola
Os paracircmetros dos ensaios foram os mesmos que os utilizados para a mediccedilatildeo do ruido
eleacutetrodo-eletroacutelito apresentados na secccedilatildeo 3411 contudo o tempo de aquisiccedilatildeo de sinal foi
reduzido a 5 minutos de modo a minorar o tempo de exposiccedilatildeo dos voluntaacuterios aos exames
3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele
laquoIn vivoraquo estes ensaios foram feitos logo
apoacutes a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico portanto a
superfiacutecie da pele se encontrava limpa e a
colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos obedecia agrave regra dos 3 cm
de distacircncia entre eleacutetrodos e 15-2N de pressatildeo
Para a mediccedilatildeo da impedacircncia eacute utilizada uma
configuraccedilatildeo diferente como referido no capitulo
33 Satildeo portanto utilizados 2 eleacutetrodos
comerciais de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH
Alemanha) um como referecircncia e outro como
contra eleacutetrodo e o eleacutetrodo em estudo
propiamente dito seja este o comercial (controlo)
ou o novo eleacutetrodo (Figura 16)
Os resultados obtidos para as diferentes
frequecircncias aleacutem de poderem ser representados
pelo diagrama de Nyquist como referido anteriormente podem tambeacutem ser representados num
Diagrama de Bode Neste diagrama a distribuiccedilatildeo dos valores de impedacircncia por vaacuterias ordens de
grandeza eacute representada em coordenadas polares (magnitude log|119885| em funccedilatildeo de log120596 )
3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos primariamente limpou-se a superfiacutecie do
escalpe com aacutelcool a 70 de modo a minimizar a camada gordurosa da pele De seguida procedeu-se
agrave colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos Foram colocados dois eleacutetrodos de AgAgCl (comerciais) um de forma a
servir como controlo (posiccedilatildeo O2) e outro em curto-circuito com o ground e a referecircncia (posiccedilatildeo
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino
durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia
29
29
Fp2) O eleacutetrodo poroso em estudo colocou-se a cerca de 3 cm do eleacutetrodo de AgAgCl posiccedilatildeo O2
de modo a captar o mesmo sinal que o obtido pelo eleacutetrodo de controlo (Figura 17)
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos
35 Implementaccedilatildeo em Matlab
Apoacutes a importaccedilatildeo do ficheiro obtido nos ensaios de ruiacutedo para o Matlab foi criado um filtro
Butterworth de ordem 20 de 05 ateacute 40 Hz atraveacutes da funccedilatildeo jaacute implementada pelo Matlab
ldquofdesignbandpassrdquo De seguida eacute aplicado o filtro duas vezes A primeira desde o primeiro ponto ateacute
o uacuteltimo e o segundo na ordem inversa Deste modo consegue-se natildeo soacute uma filtragem dupla mas
tambeacutem o cancelamento da fase dos filtros Assim efetivamente o filtro utilizado eacute de ordem 40 de
fase nula
De seguida eacute dividido o ensaio em segmentos de 30 segundos rejeitando os primeiros 10
segundos do ensaio Para cada segmento natildeo sobreposto eacute calculado o valor RMS da tensatildeo a
densidade espectral de potecircncia atraveacutes da estimaccedilatildeo pwelch do Matlab e o declive meacutedio (primeira
derivada do sinal) Contudo no final eacute calculada tambeacutem a densidade espectral de potecircncia global
que eacute expressa em dB
30
30
31
31
Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos
Resultados obtidos e discussatildeo
41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo
411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos
eleacutetrodos
Neste estudo eacute de extrema relevacircncia a eleiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante a utilizar Para isso
recorreu-se agrave realizaccedilatildeo de vaacuterios ensaios que possibilitassem uma avaliaccedilatildeo objetiva da resposta do
sistema Efetuou-se entatildeo primeiro uma anaacutelise do ruiacutedo ao longo de 12 minutos com os eleacutetrodos
multipino nas diferentes soluccedilotildees (um medido contra o outro) e a respetiva referecircncia de seguida
realizou-se um ensaio para mensurar a resistecircncia agrave passagem de corrente com os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees e a respetiva referecircncia
Assim sendo a Figura 18 revela a impedacircncia dos eleacutetrodos nas diferentes soluccedilotildees testadas
Nesta pode-se observar que a soluccedilatildeo 1 apresenta niacuteveis de impedacircncia ligeiramente mais baixos que
as restantes soluccedilotildees Contudo os seus niacuteveis encontram-se uma deacutecada acima dos valores obtidos
pelo eleacutetrodo e AgAgCl utilizado comercialmente com o respetivo gel hidratante Observa-se ainda
que os desvios padratildeo satildeo tatildeo baixos que quase natildeo satildeo percetiacuteveis o que significa que os ensaios satildeo
bastante reprodutiacuteveis Eacute tambeacutem importante notar que ao longo de todas as frequecircncias testadas
os valores de impedacircncia aleacutem de se encontrarem todos abaixo dos valores maacuteximos permitidos (20-
40 k) [35] encontram-se ainda abaixo dos 5 k referidos como valores de impedacircncia ideal por vaacuterios
fornecedores [40][41] o que eacute de extrema relevacircncia nos passos subsequentes de aquisiccedilatildeo do sinal
uma vez que eacute indispensaacutevel ter baixos niacuteveis de impedacircncia para conseguir captar ondas cerebrais
32
32
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Foram ainda feitas mediccedilotildees de ruiacutedo nas mesmas condiccedilotildees Realizando-se de seguida uma
anaacutelise no domiacutenio temporal e outra no domiacutenio das frequecircncias Para isso como foi referido no
capitulo 35 recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software Matlab A primeira anaacutelise eacute feita no domiacutenio
temporal (Figura 19 (a)) sob a forma de um graacutefico da tensatildeo meacutedia (RMS) em funccedilatildeo do tempo que
eacute obtida apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa-alto de modo a retirar a componente DC do sinal e assim
obter um sinal de ruiacutedo para altas frequecircncias que seraacute representado em periacuteodos de 30 segundos
Deste modo eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees da quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo de
estabilizaccedilatildeo do eleacutetrodo O que se observa eacute que os niacuteveis de ruiacutedo ao longo do tempo variam entre
185 microV ateacute 2 microV o que equivale a uma variaccedilatildeo maacutexima de 015 microV tanto para os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees como para o eleacutetrodo de AgAgCl no respetivo gel hidratante Observa-se
ainda que aleacutem das pequenas variaccedilotildees ao longo do tempo o desvio padratildeo para todas as soluccedilotildees eacute
muito semelhante sugerindo que natildeo haacute diferenccedilas significativas a niacutevel das soluccedilotildees implementadas
Eacute ainda de salientar que natildeo se observa nenhuma evoluccedilatildeo de ruiacutedo ao longo do tempo o que sugere
uma estabilizaccedilatildeo do sistema muito raacutepida A segunda anaacutelise no domiacutenio temporal corresponde ao
declive meacutedio (Figura 19 (b)) foi realizada recorrendo agrave primeira derivada do sinal em DC obtido a
cada 30 segundos Deste graacutefico eacute possiacutevel retirar informaccedilatildeo referente agrave deriva do potencial e ao
tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema Assim recorrendo agrave sua visualizaccedilatildeo observa-se que a
estabilizaccedilatildeo eacute feita de forma semelhante para todas as soluccedilotildees Contudo a soluccedilatildeo 3 apresenta
menos variaccedilotildees ao longo do tempo valores mais proacuteximos de zero e maior reprodutibilidade entre
ensaios Finalmente o teste de controlo efetuado com os eleacutetrodos comerciais de AgAgCl no gel
aparentam ser ligeiramente menos estaacuteveis contudo os valores se encontram na mesma gama de
tensotildees
33
33
Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Para concluir realizou-se uma anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias para isso recorreu-se ao
graacutefico da densidade espectral de tensatildeo (Figura 20) Nele observa-se que os resultados do ruiacutedo do
sinal aumentam com a diminuiccedilatildeo das frequecircncias numa proporccedilatildeo 119903119906iacute119889119900 ~ 1 119891119903119890119902119906ecirc119899119888119894119886frasl
confirmando os estudos feitos por E Huigen em 2002 [20] No entanto estes tendem a estabilizar a
partir dos 10 Hz em valores proacuteximos dos -238 dB Eacute de referir que a para frequecircncias elevadas o
sinal de ruiacutedo eacute determinado pelo ruiacutedo do amplificador e natildeo pelo ruiacutedo da interface metal-eletroacutelito
uma vez que este eacute significativamente menor do que o ruiacutedo do amplificador impedindo assim a sua
mediccedilatildeo mesmo com equipamentos de baixo ruiacutedo [20]
34
34
Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
35
35
a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
36
36
Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
37
37
Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
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38
Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
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39
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
40
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
41
41
Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
42
42
Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
43
43
Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
44
44
VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
45
45
Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
46
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
48
48
49
49
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Anexos
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Resumo
Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de bioeleacutetrodos inovadores para
monitorizaccedilatildeo da atividade eleacutetrica cerebral Estes dispensam a utilizaccedilatildeo de geacuteis eletroliacuteticos
conseguindo assim superar as desvantagens dos eleacutetrodos secos ao manterem um contacto huacutemido
atraveacutes de uma soluccedilatildeo hidratante com o escalpe
Esta dissertaccedilatildeo eacute uma das etapas finais do projeto ldquoWICKEEGrdquo projeto tal que se encontra
dividido em trecircs etapas a primeira passa pela produccedilatildeo de uma estrutura porosa (Wick) que serviraacute
de base ao eleacutetrodo seguida pelo desenvolvimento e teste de uma formulaccedilatildeo hidratante com vista
agrave transmissatildeo eficaz do sinal finalmente satildeo efetuados os testes laquoIn vitroraquo e laquoIn vivoraquo do eleacutetrodo
dando-se entatildeo ecircnfase ao processamento do sinal de modo a estabelecer uma comparaccedilatildeo objetiva
com os eleacutetrodos tradicionais
A primeira etapa jaacute se encontra concluiacuteda estando em curso a realizaccedilatildeo das duas etapas
seguintes
Seratildeo entatildeo apresentadas as teacutecnicas e os princiacutepios teoacutericos que levaram ao desenvolvimento
deste projeto assim como os resultados dos testes de desempenho e a sua comparaccedilatildeo com os
eleacutetrodos tradicionais Para isso foram testadas trecircs soluccedilotildees hidratantes com composiccedilotildees distintas
tendo sido os eleacutetrodos testados tanto laquoIn vitroraquo como laquoIn vivoraquo
Os ensaios laquoIn vitroraquo consistiram na mediccedilatildeo da deriva do potencial eleacutetrico dos eleacutetrodos o
ruiacutedo eleacutetrico produzido pelo proacuteprio eleacutetrodo e a mediccedilatildeo da impedacircncia eletroquiacutemica nas
diferentes soluccedilotildees De seguida foram realizados os ensaios laquoIn vivoraquo em 8 voluntaacuterios saudaacuteveis
estes testes foram efetuados na zona anterior da tiacutebia nas mesmas condiccedilotildees Concluiu-se entatildeo que
a soluccedilatildeo contendo 3 de Tween-80 e 10 de propilenoglicol seria a mais adequada para a utilizaccedilatildeo
em ensaios de aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos Deste modo jaacute na parte final do projeto
captaram-se os sinais de EEG em dois voluntaacuterios ao longo de aproximadamente 1 minuto de forma a
comprovar a eficaacutecia do novo conceito de eleacutetrodo desenvolvido Dando como resultado aquisiccedilotildees
bastante promissoras
Palavras-chave Bioeleacutetrodo espectroscopia de impedacircncia ruiacutedo eletroquiacutemico densidade
espectral processamento de sinal EEG
ii
iii
Abstract
This work aims at the development of innovative bioeleacutetrodos for monitoring brain electrical
activity These donrsquot require the use of electrolytic gels thus achieving overcome the disadvantages
of the dried electrodes to maintain a wet contact through a hydrating solution with the scalp
This work was developed within the project WICKEEG This project was divided in three
stages the first involved the production of a porous structure (wick) that is the core structure of
the device then skin moisturizing formulations were developed for the effective transmission of the
signal within the porous structure finally electrode laquoIn vitroraquo and laquoIn vivoraquo tests will be carried on
emphasizing the signal processing being used to establish an objective comparison with traditional
electrodes
The first step has already been completed and the ongoing work focuses on the hydrating
choice and electrode testing
This report will present the techniques and theoretical principles that led to the
development of this project as well as the results of laquoIn vitroraquo tests and its comparison with
traditional electrodes For that they were tested three moisturizing solutions with different
compositions having the electrodes tested both laquoin vitroraquo as laquoin vivoraquo
The laquoIn vitroraquo tests consisted of measuring the electrical potential of the drift of the
electrodes the electric noise produced by the electrode itself and the measurement of
electrochemical impedance in different solutions Then the laquoin vivoraquo trials were performed on 8
healthy volunteers these tests were performed in the anterior zone of the tibia under the same
conditions It was therefore concluded that the solution with 3 of Tween-80 and 10 of
propilenoglicol is the most appropriate for use in assays of EEG signals acquisition Thus in the final
part of the thesis was acquired EEG signals in 2 healthy volunteers over approximately 1 minute in
order to prove the effectiveness of the new electrode concept Resulting on very promising
acquisitions
Keywords bioelectrode impedance spectroscopy biochemical noise power spectral density signal
processing EEG
iv
v
Agradecimentos
Eacute com muita satisfaccedilatildeo que expresso aqui o mais profundo agradecimento a todos aqueles que
tornaram a realizaccedilatildeo deste trabalho possiacutevel
Gostaria antes de mais de agradecer ao meu orientador Prof Dr Joseacute Carlos Magalhatildees Duque
da Fonseca e ao Prof Dr Diamantino Rui da Silva Freitas coorientador da tese pela disponibilidade
pelos conhecimentos transmitidos pelas opiniotildees e criacuteticas e pela dedicaccedilatildeo e incentivo demonstrado
ao longo de todas as fases do projeto
A todos os colegas e pessoas que participaram neste estudo e sem os quais esta investigaccedilatildeo natildeo
teria sido possiacutevel
Agraves minhas amigas Inecircs Seco e Luzia Lampreia pelo companheirismo forccedila e apoio nos momentos
difiacuteceis
Agrave minha matildee por acreditar em mim e estar sempre presente por viver para me proteger pela
preocupaccedilatildeo amizade e apoio incondicional pela forccedila e garra que sempre demonstrou sendo por
isso o meu motivo de orgulho e modelo a seguir
Ao meu pai quem sempre me apoiou e transmitiu valores muito importantes por me ter ensinado
os aspetos da vida que realmente importam pela serenidade e paciecircncia que sempre demonstrou
por escutar sem julgar e sobretudo pela confianccedila e liberdade que sempre me concedeu
Estar-lhes-ei sempre grata pelos sacrifiacutecios que fizeram por mim
Ao meu mano por ser o meu confidente por me apoiar e dar na cabeccedila quando merecia por
cuidar de mim a toda hora e estar sempre disponiacutevel
Agrave minha avoacute Florinda que mesmo estando longe nesta fase da minha vida demonstrou que o
carinho quebra barreiras Quero agradecer-lhe pelo amor e pela forccedila que me ofereceu
vii
Iacutendice
Resumo i
Abstract iii
Agradecimentos v
Iacutendice vii
Lista de figuras ix
Lista de tabelas xiii
Abreviaturas e Siacutembolos xv
Capiacutetulo 1 Introduccedilatildeo 1
Capiacutetulo 2 Enquadramento teoacuterico 7 21 Sistema nervoso 7 211 Propagaccedilatildeo do sinal 8 22 Aquisiccedilatildeo do sinal 9 221 Eleacutetrodos 10 2211 Eleacutetrodos invasivos 11 2212 Eleacutetrodos natildeo invasivos 11 23 Interface do eleacutetrodo com a pele 12 231 Hidrataccedilatildeo da pele 13 2311 O gel para utilizaccedilatildeo com os eleacutetrodos 13 24 Teacutecnicas de revestimento da prata com cloreto de prata 14 25 Novo conceito de eleacutetrodo 15 26 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico 15 261 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio do tempo RMS e Deriva do potencial 18 262 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio das frequecircncias Densidade espectral 18 27 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo da impedacircncia 19
Capiacutetulo 3 Materiais e meacutetodos 23 31 Preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes 23 32 Produccedilatildeo dos novos eleacutetrodos 24 321 Produccedilatildeo da estrutura porosa de policarbonato 24 322 Preparaccedilatildeo dos eleacutetrodos de pratacloreto de prata 24 323 Montagem dos eleacutetrodos 25 33 Preparaccedilatildeo dos ensaios 25 34 Condiccedilotildees dos ensaios 25 341 Ensaios laquoIn vitroraquo 26 3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito 26 3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito 26
viii
342 Ensaios laquoIn vivoraquo 27 3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele 27 3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele 28 3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos 28 35 Implementaccedilatildeo em Matlab 29
Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos 31 41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo 31 411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos eleacutetrodos 31 412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na resposta ao
sistema 34 42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo 37
Capiacutetulo 5 Conclusotildees 47
Referecircncias 49
Anexos 51
ix
Lista de figuras
Figura 1 Eleacutetrodo de superfiacutecie comercial (Eleacutetrodo de controlo) 4
Figura 2 Corte transversal do bioeleacutetrodo de superfiacutecie em estudo com reservatoacuterio para a soluccedilatildeo hidratante 4
Figura 3 Representaccedilatildeo do fluxo ioacutenico durante o potencial de accedilatildeo (Adaptado de [16]) 8
Figura 4 Diagrama de blocos representativo de um sistema para aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos 9
Figura 5 Sistema internacional 10-20 para a colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos em EEG (Adaptado de [17]) 10
Figura 6 Representaccedilatildeo das ondas eletroencefalograacuteficas registadas durante um exame de EEG [5] 10
Figura 7 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da interface com a pele e o seu modelo de circuito eletroacutenico equivalente Adaptado de [14] 12
Figura 8 Eleacutetrodo de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios A representa o fio de prata B a soluccedilatildeo condutora C a esponja do reservatoacuterio e D material de policarbonato de natureza porosa onde se estabelece o contacto com a pele 15
Figura 9 Funccedilatildeo de um filtro passa-baixos 119860119895119891 16
Figura 10 Circuito representativo dos componentes do ruiacutedo do amplificador na entrada segundo o modelo Vn-In 17
Figura 11 Esquema representativo do ensaio potenciostaacutetico para mediccedilatildeo da impedacircncia 21
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato 24
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios 25
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo 27
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo
eletroquiacutemico 27
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia 28
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos 29
x
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os
correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 32
Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 33
Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 34
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 35
Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz
respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 36
Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 37
Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 38
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 39
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 40
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para
os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas 40
Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 42
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 42
Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos 43
xi
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso
com os olhos fechados 43
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 44
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 44
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos 45
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados 45
xiii
Lista de tabelas
Tabela 1 Classificaccedilatildeo convencional dos sinais de EEG tendo em conta a gama de frequecircncias em que se encontram com indicaccedilatildeo das situaccedilotildees tiacutepicas de ocorrecircncia [6] 2
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas 23
xv
Abreviaturas e Siacutembolos
Acroacutenimos
EEG Eletroencefalograma
NMF Natural moisturizer factor
PC Policarbonato
PCA Aacutecido carboxiacutelico da pirrolidona
PVC Policloreto de polivinilo
RMS Root mean square (Erro quadraacutetico meacutedio)
SNR ou SN Signal-to-noise ratio (Relaccedilatildeo sinal-ruiacutedo)
EIS Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica
ICM Interface ceacuterebro-maacutequina
Lista de siacutembolos
Ohm
1
Capiacutetulo 1 Introduccedilatildeo
Introduccedilatildeo
O eletroencefalograma (EEG) eacute o registo graacutefico dos potenciais eleacutetricos desenvolvidos no ceacuterebro
que eacute utilizado para o seu estudo Isto eacute feito atraveacutes de eleacutetrodos aplicados no couro cabeludo
diretamente na superfiacutecie encefaacutelica ou ateacute mesmo dentro da substacircncia encefaacutelica [1] O
procedimento foi descrito pela primeira vez pelo fisiologista alematildeo Emil du Bois-Reymond que
descobriu que a propagaccedilatildeo do estiacutemulo nervoso nos neuroacutenios resultava no surgimento de uma
corrente eleacutetrica Contudo soacute comeccedilou a ser usado em 1929 apoacutes Hans Berger (psiquiatra alematildeo)
ter conseguido obter a primeira imagem graacutefica das diferenccedilas de potencial presentes no ceacuterebro
[1][2] A combinaccedilatildeo dos diferentes sinais eacute captada pelos eleacutetrodos sob a forma de uma diferenccedila
de potencial entre cada par de eleacutetrodos (configuraccedilatildeo bipolar) ou entre cada eleacutetrodo e uma
referecircncia (configuraccedilatildeo monopolar) O princiacutepio baacutesico de obtenccedilatildeo dos traccedilados
eletroencefalograacuteficos (EEG) eacute a amplificaccedilatildeo dos sinais eleacutetricos atraveacutes da utilizaccedilatildeo de
amplificadores operacionais de instrumentaccedilatildeo [1][3][4] Estes dispositivos satildeo capazes de amplificar
pequenas diferenccedilas de potencial entre dois pontos do couro cabeludo gerando de seguida na forma
claacutessica por meio de um dispositivo chamado galvanoacutemetro de fio com registador e na forma atual
por meio de digitalizaccedilatildeo e impressatildeo um traccedilado graacutefico com diferentes formas de onda que podem
ser interpretados por especialistas na aacuterea [1][3]
Natildeo se sabe ainda interpretar completamente o significado das ondas do eletroencefalograma
mas sabe-se que estas satildeo geradas pela atividade sinaacuteptica dos neuroacutenios do coacutertex cerebral e pelas
informaccedilotildees neuro-eleacutetricas provenientes dos sistemas sensoriais Os traccedilados resultantes deste
exame quando o individuo se encontra acordado satildeo essencialmente dessincronizados isto eacute
compostos por ondas de tensotildees reduzidas e frequecircncias relativamente altas (ritmos alfa e beta)
Contudo quando o individuo se encontra a dormir e uma vez que nessa situaccedilatildeo o taacutelamo natildeo deixa
passar tatildeo facilmente a informaccedilatildeo que recebe os traccedilados dos potenciais sinaacutepticos do coacutertex
tornam-se menores menos variados e mais sincronizados [5] As ondas deste tipo podem ser descritas
atraveacutes da sua gama de frequecircncias ou de comprimentos de onda e periacuteodos associados e das
amplitudes sendo estas natildeo superiores aos 150 μV e a gama de frequecircncias encontrando-se entre os
05 e 60 Hz num EEG normal sendo portanto estes paracircmetros de grande importacircncia e a ter em
conta na anaacutelise destas ondas [6] Por convenccedilatildeo os sinais satildeo classificados em quatro bandas de
frequecircncia conforme ilustrado na Tabela 1
2
2
Tabela 1 Classificaccedilatildeo convencional dos sinais de EEG tendo em conta a gama de frequecircncias em
que se encontram com indicaccedilatildeo das situaccedilotildees tiacutepicas de ocorrecircncia [6]
ONDA FREQUEcircNCIA OCORREM DURANTE
Delta lt35 Hz Momentos do sono profundo
Theta 4-7 Hz Meditaccedilatildeo e relaxamento profundo
Alfa 8-13 Hz Estados mentais relaxados e no
sono
Beta gt13 Hz Estado normal de vigila
As designadas mediccedilotildees eletroencefalograacuteficas tecircm sido amplamente desenvolvidas e exploradas
por vaacuterios motivos que incluem a sua elevada resoluccedilatildeo temporal (na ordem dos milissegundos) e a
sua sensibilidade tanto agrave duraccedilatildeo como agrave intensidade da atividade neural resultado da sincronizaccedilatildeo
da atividade dos neuroacutenios Eacute tambeacutem uma teacutecnica muito atrativa uma vez que representa um
baixiacutessimo risco para os pacientes por ser um meacutetodo geralmente natildeo invasivo A teacutecnica EEG tem a
grande vantagem de possuir uma excelente resoluccedilatildeo temporal dos sinais Contudo sua principal
limitaccedilatildeo passa pela resoluccedilatildeo espacial uma vez que a propagaccedilatildeo da atividade eleacutetrica ao longo das
vias fisioloacutegicas e do cracircnio pode dar uma impressatildeo errada da localizaccedilatildeo da fonte da atividade
eleacutetrica resultando numa insuficiecircncia de detalhes espaciais para identificar as estruturas e funccedilotildees
relacionadas com a atividade eleacutetrica Todavia embora o sinal eleacutetrico tenha de ser transmitido
atraveacutes dos tecidos e isto provoca uma reduccedilatildeo da intensidade do sinal e pequenas distorccedilotildees assume-
se que esta atividade eacute a mesma tanto na superfiacutecie do coacutertex (local onde as ondas emergem) como
no escalpe (local onde as ondas satildeo coletadas) [5][7]
Na literatura aparecem relatos do uso de vaacuterios tipos de EEG para avaliar grupos de pacientes com
diferentes doenccedilas tais como tumores enxaquecas depressotildees e esquizofrenia no entanto na
clinica o EEG eacute sobretudo utilizado para diagnosticar doenccedilas vasculares cerebrais demecircncias e
encefalopatias [7][8][9] Todavia as aplicaccedilotildees hoje em dia para este tipo de sinais e seus sistemas
de eleacutetrodos satildeo inuacutemeras podendo-se destacar as interfaces ceacuterebro-maacutequina como uma das
principais Este tipo de interfaces procura atraveacutes das ondas produzidas no foro cerebral controlar
equipamentos sejam estes cliacutenicos ou natildeo Eacute possiacutevel detetar padrotildees de ativaccedilatildeo gerados pelo
ceacuterebro atraveacutes da colocaccedilatildeo de eleacutetrodos e anaacutelise dos sinais eletroencefalograacuteficos recolhidos tanto
no exterior como no interior da superfiacutecie encefaacutelica Os sinais captados indicam a atividade cerebral
do utilizador que apoacutes deteccedilatildeo e classificaccedilatildeo satildeo traduzidos para uma saiacuteda como por exemplo
o movimento de um cursor de um computador associado ao rato ou de qualquer dispositivo artificial
externo Os sinais de EEG natildeo-invasivos satildeo utilizados em aplicaccedilotildees de Interface ceacuterebro maacutequina
(ICM1) pois estes oferecem um niacutevel de qualidade de sinal aceitaacutevel que combina custos reduzidos e
facilidade de utilizaccedilatildeo[10]
Com o surgimento de outros meacutetodos de diagnoacutestico a utilizaccedilatildeo da eletroencefalografia entrou
em decaimento no entanto a associaccedilatildeo desta teacutecnica com o domiacutenio informaacutetico os seus baixos
1 ldquoA Interface ceacuterebro-maacutequina eacute um sistema que permite a interaccedilatildeo entre o utilizador e o meio que o cerca utilizando sinais de controlo gerados por meio da atividade cerebral O aprimoramento das pesquisas em ICM estaacute relacionado principalmente com os avanccedilos da neurofisiologia e computaccedilatildeo As pesquisas iniciais
dedicaram-se ao desenvolvimento de dispositivos de comunicaccedilatildeo de pessoas que perderam o controlo muscular voluntaacuterio (hellip)rdquo Mussatto Greice em [10] Atualmente satildeo frequentemente direcionados para auxiliar aumentar ou reparar a cogniccedilatildeo humana ou as funccedilotildees sensoriais e motoras
3
3
custos (quando comparados com as outras teacutecnicas) a facilidade na realizaccedilatildeo dos exames o pequeno
espaccedilo ocupado pelos equipamentos e a sua natureza inoacutecua vieram a dar-lhe um novo impulso
conquistando um lugar proeminente no diagnoacutestico de vaacuterias patologias cerebrais [11][12] Isso tornou
possiacutevel inclusive o mapeamento cerebral em escala de cores (a gradaccedilatildeo das cores relaciona-se
com a amplitude dos potenciais) muito popular atualmente As teacutecnicas para a obtenccedilatildeo e registo
foram por isso aprimoradas nos uacuteltimos anos evoluindo do registo em papel com um nuacutemero reduzido
de canais ao registo contiacutenuo em equipamentos de ateacute 256 canais acoplado ao registo de viacutedeo digital
atraveacutes de equipamentos dotados com sistemas wireless peccedilas de hardwares e softwares sofisticadas
para armazenamento de dados e complementar a anaacutelise visual atraveacutes da anaacutelise computacional
Contudo embora os avanccedilos informaacuteticos tenham sido importantes para o desenvolvimento desta
teacutecnica a questatildeo do eleacutetrodo a utilizar nas mediccedilotildees eacute essencial uma vez que os bioeleacutetrodos de
superfiacutecie satildeo responsaacuteveis pela captaccedilatildeo dos sinais na interface entre a pele e o equipamento de
aquisiccedilatildeo e registo sendo tambeacutem considerados o elo mais fraco na cadeia de aquisiccedilatildeo de sinal
(constituindo a maior fonte de ruiacutedo e de instabilidade) [12]
Existe uma vasta gama de eleacutetrodos disponiacuteveis incluindo eleacutetrodos de superfiacutecie descartaacuteveis ou
reutilizaacuteveis e eleacutetrodos profundos[13] Dentro dos eleacutetrodos profundos (intracranianos) mais
utilizados encontram-se os eleacutetrodos intracerebrais e os subdurais Eacute importante referir a existecircncia
destes eleacutetrodos contudo os eleacutetrodos abordados neste relatoacuterio satildeo os eleacutetrodos de superfiacutecie ou
seja aqueles que satildeo colocados sobre o escalpe Existem vaacuterias alternativas para a sua classificaccedilatildeo
todavia aqui seratildeo abordadas aquelas que se relacionam com a presenccedila ou ausecircncia de produtos
hidratantes utilizando o termo ldquoeleacutetrodos huacutemidosrdquo para aqueles que necessitam de uma soluccedilatildeo
hidratantegel e ldquoeleacutetrodos secosrdquo para aqueles que natildeo a exigem
Os principais tipos de eleacutetrodos utilizados na cliacutenica atualmente para a recolha de sinais
eletroencefalograacuteficos satildeo os eleacutetrodos de prata ouro e estanho Um eleacutetrodo do tipo Prata-Cloreto
de Prata (AgAgCl) (Figura 1) eacute um tipo de eleacutetrodo considerado como tendo caracteriacutesticas desejaacuteveis
de qualidade e estabilidade que o tornam em geral um eleacutetrodo de referecircncia no estado da arte
sendo vulgarmente utilizado em mediccedilotildees eletroquiacutemicas [14] Os fenoacutemenos que ocorrem quando
um eleacutetrodo metaacutelico entra em contacto com um eletroacutelito estatildeo na base da captaccedilatildeo dos sinais que
se pretende realizar Ocorre uma troca ioacutenica como resultado de uma reaccedilatildeo eletroquiacutemica associada
ao contacto Existindo uma tendecircncia para que os aacutetomos do metal percam eletrotildees e estes passem
para o eletroacutelito (oxidaccedilatildeo) fazendo assim com que o eleacutetrodo fique carregado negativamente no
que diz respeito ao eletroacutelito Contudo natildeo se trata de um processo estaacutetico e por conseguinte ocorre
igualmente a reaccedilatildeo contraacuteria ateacute se estabelecer o equiliacutebrio (reduccedilatildeo) [14] Este processo eacute descrito
pela Equaccedilatildeo de Nernst atraveacutes da qual eacute possiacutevel obter a constante de equiliacutebrio de uma
determinada reaccedilatildeo que envolva transferecircncia de eletrotildees Deste modo para uma reaccedilatildeo de
oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo (redox) temos
minus119899 119865119864 = minus119899 1198651198640 + 119877119879 119897119899 119876 hArr 119864 = 1198640 minus119877119879
119899119865119897119899 119876
( 1 )
Verifica-se que no ponto de equiliacutebrio o valor de Q pode ser descrito como K (contante de
equiliacutebrio da reaccedilatildeo) e considerando a constante universal dos gases perfeitos (R = 831 J K-1 mol-1 )
a carga eleacutetrica de uma mole de eletrotildees (F = 96485 Cmiddotmol-1) e que o ensaio decorre agrave temperatura
ambiente (T = 2982 K (25 degC)) obteacutem-se
E=E0-00257
nlnQ hArr 0=E0-
00257
nlnK hArr E0=
00257
nlnK hArr lnK=
n ∙ E0
00257
( 2 )
4
4
Onde Eordm se obteacutem a partir dos potenciais normais dos eleacutetrodos n eacute o nuacutemero de moles de eletrotildees
transferidos e Q eacute o quociente entre os produtos das atividades de produtos e reagentes na reaccedilatildeo
No caso da pele humana existem pequenas quantidades de NaCl (01-04) desta forma o aniatildeo
cloreto presente iraacute reagir com a prata do eleacutetrodo dando origem a uma diferenccedila de potencial
relacionado com a concentraccedilatildeo de cloreto [3] Portanto as trocas ioacutenicas que ocorrem na pele na
presenccedila deste eleacutetrodo satildeo representadas na ( 3
119860119892 + 119862119897minus 119860119892119862119897 + 119890minus ( 3 )
Este tipo de eleacutetrodos satildeo os mais utilizados hoje em dia na clinica
e satildeo fabricados como o nome o indica em prata agrave qual eacute aplicado um
revestimento de cloreto de prata Trata-se de um metal bem tolerado
pelo organismo humano que permite a obtenccedilatildeo de bons resultados
uma vez que aleacutem disso estes apresentam niacuteveis de ruido reduzidos e
natildeo satildeo facilmente polarizaacuteveis [3] no entanto a sua utilizaccedilatildeo exige
uma preparaccedilatildeo preacutevia da pele e a aplicaccedilatildeo de uma pasta condutora
(gel) que por vezes eacute desconfortaacutevel para o paciente sendo suscetiacutevel
de causar alergias e tornando o processo mais demorado uma vez que
a preparaccedilatildeolimpeza dos eleacutetrodos requer alguns cuidados e deve ser executada por um teacutecnico
Surgiu entatildeo a motivaccedilatildeo para criar novos eleacutetrodos secos que ultrapassassem estas dificuldades
dispensando a utilizaccedilatildeo do gel e a preparaccedilatildeo da pele todavia uma vez que o contacto liacutequido estaacute
ausente a impedacircncia interfacial eacute consideravelmente mais elevada (1 M contra 10-20 k)
refletindo-se numa maior sensibilidade ao movimento e de maneira geral na presenccedila de um maior
niacutevel de ruiacutedo o que exige preacute-amplificaccedilatildeo integrada Os custos associados agrave produccedilatildeo deste tipo de
eleacutetrodo satildeo tambeacutem mais elevados do que no caso dos eleacutetrodos convencionais
De modo a resolver estes problemas foi desenvolvido um novo
tipo de bioeleacutetrodo (Figura 2) [15] o qual tem a capacidade de
manter huacutemido o ponto de contacto com a pele evitando contudo
a utilizaccedilatildeo de pastas condutoras Este efeito foi conseguido usando
o princiacutepio da caneta de feltro o contacto com o escalpe eacute efetuado
a partir de vaacuterios pinos fabricados a partir de um poliacutemero poroso
acoplado a um pequeno reservatoacuterio com uma soluccedilatildeo hidratante os
pinos forneceratildeo entatildeo de forma controlada pelos efeitos
combinados da capilaridade e gravidade a soluccedilatildeo hidratante ao
ponto de contacto com o escalpe A sua forma oferece tambeacutem
muacuteltiplos pontos de contacto de modo a minimizar o ruiacutedo e obter
melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
O desenvolvimento destes eleacutetrodos compreenderaacute varias fases a primeira fase a implementar
seraacute a fabricaccedilatildeo da superfiacutecie porosa atraveacutes da compressatildeo de poacutes de policarbonato (PC) de seguida
seraacute feita a montagem dos diferentes componentes do eleacutetrodo nomeadamente a esponja o frio de
prata e o tubo de policloreto de polivinilo (PVC) que funcionaraacute como reservatoacuterio Finalmente seratildeo
preparadas e testadas vaacuterias soluccedilotildees com os mesmos componentes em diferentes concentraccedilotildees de
modo a concluir qual soluccedilatildeo fornece uma melhor hidrataccedilatildeo da pele otimizando assim os resultados
Figura 1 Eleacutetrodo de superfiacutecie comercial (Eleacutetrodo de controlo)
Figura 2 Corte transversal do bioeleacutetrodo de superfiacutecie em estudo com reservatoacuterio
para a soluccedilatildeo hidratante
5
5
6
6
7
7
Capiacutetulo 2 Enquadramento teoacuterico
Enquadramento teoacuterico
A EEG eacute um registo associado a uma teacutecnica cliacutenica que se baseia na aquisiccedilatildeo dos sinais produzidos
no coacutertex cerebral A obtenccedilatildeo dos mesmos eacute possiacutevel uma vez que aiacute existem ceacutelulas excitaacuteveis
capazes de conduzir os impulsos nervosos os neuroacutenios Estes impulsos geram correntes eleacutetricas
atraveacutes do corpo da ceacutelula ateacute uma zona chamada zona de disparo Neste local as correntes dirigem-
se ao espaccedilo extracelular provocando uma diferenccedila de potencial que desencadearaacute um novo estiacutemulo
na proacutexima ceacutelula e que contribuiraacute para a produccedilatildeo dos referidos sinais
21 Sistema nervoso
O sistema nervoso eacute responsaacutevel pela maioria das funccedilotildees de controlo no organismo coordenando
e regulando as atividades corporais Isto eacute feito atraveacutes da interpretaccedilatildeo e resposta a estiacutemulos Este
sistema eacute convencionalmente dividido em duas categorias o sistema nervoso central (SNC) que se
verifica tratar do desenvolvimento das respostas aos estiacutemulos e o sistema nervoso perifeacuterico (SNP)
o responsaacutevel pela conduccedilatildeo do estiacutemulo nervoso No caso do SNC podem distinguir-se vaacuterios oacutergatildeos
o enceacutefalo (constituiacutedo pelo ceacuterebro cerebelo e tronco encefaacutelico) e a espinal medula Jaacute no caso do
SNP esta divisatildeo eacute feita atraveacutes da distinccedilatildeo entre nervos cranianos ou espinhais [16] Os nervos satildeo
essencialmente um conjunto de axoacutenios e dendrites de vaacuterios neuroacutenios
Os neurocircnios que datildeo origem aos nervos satildeo ceacutelulas com capacidade excitatoacuteria capazes de
transmitir sinais nervosos Contudo as ceacutelulas da glia tambeacutem presentes no sistema nervoso
sobretudo nos nervos satildeo as principais responsaacuteveis pela propagaccedilatildeo orientada do estiacutemulo uma vez
que ao recobrirem o axoacutenio criam circuitos neuronais independentes [16]
Os axoacutenios transmitem pulsos eleacutetricos devido agrave presenccedila de canais ioacutenicos que abrem e fecham
de modo a controlar as concentraccedilotildees dos diferentes iotildees nos meios interno e externo da ceacutelula
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211 Propagaccedilatildeo do sinal
Um impulso nervoso origina a transmissatildeo de um sinal codificado ao longo da membrana do
neuroacutenio Para compreender esta transmissatildeo dentro do proacuteprio neuroacutenio eacute necessaacuterio conhecer o
conceito de potenciais de repouso e de accedilatildeo
N as fases em que se verifica existir potenciais de repouso os iotildees de soacutedio entram para a ceacutelula
atraveacutes de transporte passivo uma vez que a concentraccedilatildeo destes eacute menor no interior da ceacutelula (a
favor do gradiente de concentraccedilatildeo) Posteriormente daacute-se a sua expulsatildeo de forma ativa ao mesmo
tempo que entram iotildees de potaacutessio ativamente Finalmente os iotildees de potaacutessio voltam passivamente
ao exterior da membrana outorgando agrave ceacutelula uma carga positiva Diz-se entatildeo que esta se encontra
polarizada Nas ceacutelulas nervosas o potencial de membrana ronda os -90mV [6]
Os potenciais de accedilatildeo satildeo os responsaacuteveis pela propagaccedilatildeo do estiacutemulo nervoso contudo a sua
duraccedilatildeo natildeo ultrapassa alguns milissegundos (ver a Figura 3) Esta propagaccedilatildeo ocorre quando o
potencial de membrana que se encontra nos -90mV passa a ocupar valores de -50 a -70mV devido a
uma perturbaccedilatildeo externa de modo a responder a esta situaccedilatildeo ocorre a passagem por difusatildeo dos
iotildees de soacutedio para o interior da ceacutelula resultando na alteraccedilatildeo dos potenciais ateacute entatildeo negativos
para valores que podem chegar a +35mV De seguida a ceacutelula expulsa ativamente o soacutedio alterando
assim o potencial para aproximadamente -95mV Daacute-se entatildeo a repolarizaccedilatildeo atraveacutes da bomba de
Na+K+ ou seja a ceacutelula volta agraves condiccedilotildees iniciais [6]
Apoacutes um sinal ser transportando atraveacutes de um neuroacutenio eacute necessaacuterio que este seja comunicado
ao neuroacutenio seguinte de modo a manter a transmissatildeo do impulso Esta transferecircncia daacute-se em locais
especiacuteficos e pode ser feita eletricamente (atraveacutes de iotildees) ou quimicamente (atraveacutes de uma fenda
sinaacuteptica onde um neurotransmissor eacute libertado e se liga a recetores especiacuteficos do neuroacutenio poacutes-
sinaacuteptico) [6][16]
Figura 3 Representaccedilatildeo do fluxo ioacutenico durante o potencial de accedilatildeo (Adaptado de [16])
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22 Aquisiccedilatildeo do sinal
Eacute impossiacutevel medir a atividade eleacutetrica gerada por um uacutenico neuroacutenio contudo a aquisiccedilatildeo do
sinal electroencefalograacutefico soacute eacute possiacutevel graccedilas agrave emissatildeo parcialmente sincronizada do impulso
nervoso numa parte significativa do coacutertex cerebral Deste modo o EEG reflete o somatoacuterio da
atividade siacutencrona de milhares de neuroacutenios com uma orientaccedilatildeo espacial semelhante assessorando
assim a aquisiccedilatildeo de um sinal reprodutiacutevel e mensuraacutevel que possibilita uma interpretaccedilatildeo fidedigna
[16]
Esta teacutecnica permite o registo da atividade eleacutetrica do ceacuterebro Eacute um procedimento raacutepido
simples e indolor no qual os impulsos eleacutetricos do ceacuterebro satildeo amplificados e registrados em papel
atraveacutes de um galvanoacutemetro ou em formato digital O seu interesse prende-se natildeo soacute com os baixos
custos da teacutecnica como tambeacutem com a obtenccedilatildeo em tempo real destes sinais de modo a conseguir
diagnosticar eventuais anomalias
A EEG quando comparada com outras teacutecnicas como por exemplo o eletrocardiograma (ECG)
apresenta uma maior dificuldade na obtenccedilatildeo dos dados uma vez que a tensatildeo a captar eacute de muito
menor amplitude os sinais por vezes encontram-se na regiatildeo do ruiacutedo eleacutetrico e aleacutem disso os
amplificadores comuns natildeo fornecem uma banda de funcionamento que consiga amplificar o sinal de
forma eficaz o que exige a utilizaccedilatildeo de amplificadores especialmente desenhados [6] Contudo
estas limitaccedilotildees natildeo impediram o avanccedilo desta tecnologia Ao longo do tempo as teacutecnicas de obtenccedilatildeo
dos dados foram-se aprimorando tendo chegado na fase de maturidade agrave arquitetura ilustrada na
Figura 4 em que a saiacuteda eacute representada em papel desenhada por canetas conduzidas por mecanismos
controlados por galvanoacutemetros Hoje em dia os sistemas evoluiacuteram sobretudo na parte final atraveacutes
da digitalizaccedilatildeo dos sinais filtrados e seu armazenamento num dispositivo digital Desta forma torna-
se muito mais flexiacutevel a fase de visualizaccedilatildeo dos sinais que eacute feita em monitores graacuteficos de
computador bem como a fase de armazenamento e arquivo e criaccedilatildeo de fichas de exame A
digitalizaccedilatildeo permite o processamento digital dos sinais a fim principalmente de os caracterizar do
ponto de vista morfoloacutegico e assim contribuir para a classificaccedilatildeo do ponto de vista cliacutenico
Figura 4 Diagrama de blocos representativo de um sistema para aquisiccedilatildeo de sinais
eletroencefalograacuteficos
A EEG eacute realizada atraveacutes da colocaccedilatildeo de eleacutetrodos no couro cabeludo obedecendo o
posicionamento dos mesmos a regras especiacuteficas pois a sua localizaccedilatildeo influencia os sinais captados
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De modo a facilitar a comparaccedilatildeo dos resultados eacute habitualmente utilizado um sistema se
colocaccedilatildeo padratildeo chamado 10-20 (Figura 5) Segundo este padratildeo os locais onde os eleacutetrodos satildeo
colocados satildeo denominados por letras de acordo com as aacutereas cerebrais adjacentes seguidas de um
nuacutemero impar se o eleacutetrodo se encontrar no lado esquerdo da cabeccedila ou par se for no lado direito
[6]
Apoacutes a obtenccedilatildeo do sinal contiacutenuo de EEG eacute
possiacutevel distinguir vaacuterios tipos de ondas de acordo
com a sua amplitude e frequecircncia A amplitude das
ondas pode ir ateacute aos 200 μV e a frequecircncia ateacute 30Hz
A Figura 6 representa os diferentes tipos de ondas
As ondas delta satildeo ondas da mais baixa frequecircncia
e amplitudes elevadas que ocorrem em momentos do
sono profundo por outro lado as ondas teta
encontram-se na gama de frequecircncias de 4-7 Hz
contudo
continuam a apresentar grandes amplitudes e ocorrem
em estaacutegios de meditaccedilatildeo e relaxamento profundo as
ondas alfa apresentam por sua vez amplitudes meacutedias
e frequecircncias compreendidas entre os 8 e os 13 Hz
correspondendo a estados mentais relaxados no sono
Finalmente as ondas beta satildeo as de mais elevada
frequecircncia (gt13 Hz) com amplitudes de cerca de 10 μV
e ocorrem quando existe um estimulo visual ou no estado
normal de vigiacutelia [6]
221 Eleacutetrodos
Os eleacutetrodos constituem a interface entre o escalpe e o equipamento de mediccedilatildeo No caso de um
eleacutetrodo huacutemido quando a parte metaacutelica entra em contacto com o eletroacutelito tem lugar um processo
de oxidaccedilatildeoreduccedilatildeo de iotildeesaacutetomos que daacute lugar ao aparecimento de um potencial caracteriacutestico
As propriedades fiacutesico-quiacutemicas tanto do eleacutetrodo como do eletroacutelito afetam o valor do potencial
Quando eleacutetrodos idecircnticos satildeo submersos num eletroacutelito homogeacuteneo ambos assumem o mesmo
potencial com respeito ao eletroacutelito Contudo eleacutetrodos diferentes colocados nas mesmas condiccedilotildees
apresentam potenciais diferentes [6] Deste modo eacute sensato concluir que a amplitude do potencial
depende do material de que o eleacutetrodo eacute feito Por esse motivo os eleacutetrodos utilizados na cliacutenica satildeo
comumente produzidos com prata e cloreto de prata uma vez apresentam uma resistecircncia agrave passagem
Figura 5 Sistema internacional 10-20 para
a colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos em EEG
(Adaptado de [17])
Figura 6 Representaccedilatildeo das ondas eletroencefalograacuteficas registadas durante um
exame de EEG [5]
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de corrente natildeo elevada e os seus niacuteveis de impedacircncia satildeo estaacuteveis ao longo de uma ampla gama de
frequecircncias
Contudo o material natildeo eacute o uacutenico paracircmetro que varia para escolher um eleacutetrodo Dependendo
das necessidades existem tambeacutem variedades morfoloacutegicas como os eleacutetrodos invasivos e os natildeo-
invasivos
2211 Eleacutetrodos invasivos
Dentro dos eleacutetrodos invasivos (intracranianos) os mais utilizados satildeo os eleacutetrodos profundos
intracerebrais e os subdurais [13] Os primeiros consistem em eleacutetrodos em forma de agulha feitos
de material flexiacutevel com muacuteltiplos pontos de contacto para registo Satildeo ideais para o registo de
atividade em aacutereas distantes da superfiacutecie Proporcionam ainda um registo preciso da regiatildeo
volumeacutetrica adjacente a cada ponto de registo no entanto a extensatildeo da dita aacuterea eacute limitada [18]
Portanto o uso deste tipo de eleacutetrodos eacute ideal apoacutes os resultados dos exames natildeo-invasivos sugerirem
um ldquoalvordquo provaacutevel Os eleacutetrodos subdurais que podem ser do tipo placa ou tira de silicone com
muacuteltiplos contatos de registo satildeo ideais para o registo de aacutereas extensas do coacutertex [14] Contudo os
eleacutetrodos subdurais podem natildeo registar adequadamente alteraccedilotildees localizadas em profundidade
Este tipo de eleacutetrodos deve apresentar dimensotildees reduzidas de modo a que o dano provocado no
tecido cerebral seja miacutenimo Devem tambeacutem apresentar locais de aplicaccedilatildeo suficientes para recolher
potenciais de muitos neuroacutenios simultaneamente No entanto devido agrave sua natureza altamente
invasiva soacute satildeo usados em casos especiais em que o seu uso pode trazer grandes benefiacutecios para o
paciente
2212 Eleacutetrodos natildeo invasivos
O foco deste estudo centra-se nos eleacutetrodos natildeo invasivos eleacutetrodos colocados na superfiacutecie do
escalpe O contacto entre o eleacutetrodo e a pele eacute facilitado (impedacircncia reduzida) pela utilizaccedilatildeo de
gel e se for esse o caso estaacute-se perante o caso dos eleacutetrodos huacutemidos Contudo a aplicaccedilatildeo deste
gel requer uma preparaccedilatildeo preacutevia da pele que por vezes pode ser demorada suscetiacutevel de
desencadear reaccedilotildees aleacutergicas e desconfortaacutevel para o paciente [3] Surgiu entatildeo a alternativa dos
eleacutetrodos secos eleacutetrodos capazes de aquirir sinais que dispensam a utilizaccedilatildeo de soluccedilotildees todavia
como resultado da ausecircncia do gel ou pasta condutora a impedacircncia interfacial eacute muito mais elevada
tornando indispensaacutevel a integraccedilatildeo de um andar de preacute-amplificaccedilatildeo no eleacutetrodo
Procurando contornar as dificuldades de cada teacutecnica optou-se pelo desenvolvimento de um
bioeleacutetrodo inovador que dispensa a utilizaccedilatildeo de gel mas que apesar disso manteacutem um bom contacto
com a pele humidificando-a
Entre os materiais disponiacuteveis para a fabricaccedilatildeo de eleacutetrodos encontram-se o accedilo inoxidaacutevel o
ouro (Au) o oacutexido de iriacutedio (IrO2)) a prata (Ag) etc [14] tendo-se optado por utilizar um fio de
prata revestido com uma fina camada de cloreto de prata uma vez que os eleacutetrodos fabricados com
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este material apresentam niacuteveis de ruiacutedo reduzidos grande estabilidade do potencial eleacutetrico na gama
de frequecircncias utilizada e uma impedacircncia interfacial baixa [14][19]
23 Interface do eleacutetrodo com a pele
A pele eacute um oacutergatildeo que cobre e protege o corpo e que se observa estar organizado em muacuteltiplas
camadas Eacute composta de trecircs camadas principais a epiderme a derme e a hipoderme cada uma
delas com carateriacutesticas estruturais especiacuteficas que levam a diferentes niacuteveis de condutividade
eleacutetrica e que podem ser representados atraveacutes de modelos baseados em componentes eleacutetricos
baacutesicos [14] Podemos entatildeo do ponto de vista eleacutetrico simular os tecidos bioloacutegicos a partir de um
circuito eleacutetrico formado por resistecircncias e condensadores dispostos em redes com seacuteries e paralelos
agindo estes como condutores ou dieleacutetricos nos quais o fluxo de corrente seguiraacute o caminho de
menor oposiccedilatildeo (Figura 7) Um exemplo ilustrativo desta situaccedilatildeo estaacute representado para o stratum
corneum a camada mais perifeacuterica da epiderme como este tecido eacute relativamente pouco condutor
apresenta uma elevada impedacircncia agrave transmissatildeo das correntes eleacutetricas [20] Assim devido agraves suas
propriedades dieleacutetricas a sua pequena espessura e o seu posicionamento entre o eleacutetrodo condutor
exterior e os tecidos subjacentes mais condutores eacute possiacutevel a sua representaccedilatildeo por meio de um
condensador de placas paralelas
Figura 7 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da interface com a pele e
o seu modelo de circuito eletroacutenico equivalente Adaptado de [14]
O valor da capacidade eleacutetrica da pele estaacute relacionado com a espessura e composiccedilatildeo da camada
coacuternea e tem um valor tiacutepico no intervalo 002-006 microFcm2 [14]
Por outro lado uma vez que alguns iotildees conseguem atravessar o stratum corneum atraveacutes dos
elementos da pele (foliacuteculos do cabelo suor canais das glacircndulas sebaacuteceas imperfeiccedilotildees da pele)
isso pode ser representado coletivamente por uma resistecircncia que seraacute colocada em paralelo com o
condensador Como as camadas subjacentes agrave epiderme satildeo relativamente condutoras representam-
se por uma resistecircncia em seacuterie adicional A presenccedila de uma elevada densidade de foliacuteculos pilosos
(que atuam como derivaccedilotildees de baixa resistecircncia) daacute origem a um valor muito baixo na resistecircncia da
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pele No entanto esta observaccedilatildeo eacute contrabalanccedilada pela dificuldade em fazer contato mecacircnico e
eleacutetrico firme Em tais casos a impedacircncia da pele eacute muito elevada e por vezes eacute necessaacuterio recorrer
agrave remoccedilatildeo dos pelos antes de realizar o exame [14]
231 Hidrataccedilatildeo da pele
O processo de hidrataccedilatildeo da pele humana acontece por duas vias a interna e a externa [21] No
caso da via interna isto acontece quando os queratinoacutecitos migram atraveacutes da derme e sofrem
alteraccedilotildees significativas uma vez que paralelamente a esse processo satildeo libertados liacutepidos e o fator
de hidrataccedilatildeo natural da pele (NMF - Natural moisturizer factor) No caso dos liacutepidos estes formam
uma barreira para a perda de aacutegua e ajudam a reter a hidrataccedilatildeo natural da pele Jaacute no caso da
hidrataccedilatildeo por via externa esta acontece quando introduzimos na pele substacircncias cosmeacuteticas e
farmacecircuticas com capacidades de humedecer as camadas externas da pele para isso na produccedilatildeo
destas substacircncias satildeo utilizadas principalmente trecircs tipos de ingredientes (1) os humectantes que
Incluem a glicerina a ureia e o aacutecido carboxiacutelico da pirrolidona (PCA) que atuam atraindo a aacutegua das
camadas inferiores da derme e ajudando a manter essa aacutegua no estrato coacuterneo (2) os agentes oclusivos
que aumentam os niacuteveis de humidade proporcionando uma barreira fiacutesica para a perda de aacutegua (ceras
oacuteleos e silicones) (3) os emolientes que procuram restaurar os NMF [21]
2311 O gel para utilizaccedilatildeo com os eleacutetrodos
O gel utilizado nos eleacutetrodos serve para (1) assegurar um bom contacto eleacutetrico com a pele do
paciente (2) facilitar a transferecircncia de carga na interface eleacutetrodo-eletroacutelito e assim (3) diminuir
a impedacircncia do estrato coacuterneo [14]
Existem dois tipos de gel o gel huacutemido normalmente denominados como pasta creme ou
substacircncia gelatinosa e o hidrogel Os primeiros satildeo geralmente compostos por aacutegua um agente
espessante bactericidasfungicidas sais ioacutenicos e um surfatante O sal ioacutenico tem como finalidade
conferir condutividade eleacutetrica ao gel e diminuir a impedacircncia eleacutetrica da pele atraveacutes da sua difusatildeo
na mesma Normalmente os sais utilizados satildeo o cloreto de soacutedio (NaCl) ou de potaacutessio (KCl) uma vez
que a maior parte dos iotildees presentes na superfiacutecie da pele humana satildeo o cloreto o soacutedio e o potaacutessio
permitindo assim que elevadas concentraccedilotildees destes sais sejam melhor toleradas pelo corpo
[14][18][22] Por outro lado o hidrogel eacute um gel soacutelido que incorpora hidrocoloacuteides naturais no
entanto a utilizaccedilatildeo destes agentes naturais por vezes provoca desempenhos variaacuteveis e cores pouco
atrativas levando assim agrave utilizaccedilatildeo de hidrocoloacuteides artificiais de modo a eliminar variabilidades
indesejadas
O hidrogel tecircm tendecircncia a causar menos irritaccedilotildees na pele quando comparado com o gel huacutemido
porque o hidrogel limita-se a garantir um bom contato eleacutetrico entre a pele e o eleacutetrodo sem afetar
as propriedades do stratum corneum [14]
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14
O hidrogel eacute eletricamente mais resistivo do que o gel no entanto esta desvantagem eacute
compensada tanto pela utilizaccedilatildeo de maiores aacutereas com hidrogel como tambeacutem pela diminuiccedilatildeo da
espessura da camada do mesmo Contudo isto natildeo eacute suficiente uma vez que o hidrogel natildeo eacute tatildeo
eficaz na hidrataccedilatildeo da pele (tem tendecircncia a absorver humidade) dando assim como resultado um
aumento na impedacircncia da pele [14]
24 Teacutecnicas de revestimento da prata com cloreto de prata
Finas camadas de um determinado metal depositado sobre um substrato desemprenham
muitas vezes uma funccedilatildeo essencial em muitos dispositivos como por exemplo nos circuitos integrados
No caso dos eleacutetrodos eacute necessaacuterio revestir os fios de prata com finas camadas de cloreto de prata
com o intuito de auxiliar a concretizaccedilatildeo das trocas ioacutenicas referidas no capiacutetulo 1 equaccedilatildeo (1) de
modo a ter-se uma transduccedilatildeo do sinal ioacutenico num sinal eleacutetrico de forma eficaz e reversiacutevel Estas
camadas devem apresentar caracteriacutesticas rigorosamente controladas A espessura a estrutura
atoacutemica e a composiccedilatildeo quiacutemica devem ser uniformes [14][18] Eacute tambeacutem importante que exista
pouca ou nenhuma contaminaccedilatildeo por outras partiacuteculas
As propriedades dos filmes satildeo altamente dependentes dos processos de deposiccedilatildeo Estes
devem ter boa aderecircncia e prover uma boa cobertura Deste modo para a preparaccedilatildeo da prata para
eleacutetrodos a teacutecnica a utilizar deve ser a deposiccedilatildeo eletroquiacutemica atraveacutes de um processo que envolve
a deposiccedilatildeo de um material soacutelido por meio de uma reaccedilatildeo quiacutemica com ou sem recurso a energia
externa Neste caso os substratos de prata satildeo submersos numa soluccedilatildeo contendo um agente oxidante
(por exemplo cloreto feacuterrico) produzindo assim uma fina camada de cloreto de prata ( ( 4)
Ag + + FCl3 FeCl2 + Ag ( 4 )
Em geral a deposiccedilatildeo por electroless plating de um metal envolve a deposiccedilatildeo de um
revestimento metaacutelico a partir dos seus iotildees presentes num banho aquoso sobre uma superfiacutecie atraveacutes
de uma reaccedilatildeo de reduccedilatildeo quiacutemica controlada que eacute ativada pelo metal que estaacute a ser depositado
(reduzido) [23] Os revestimentos obtidos atraveacutes da implementaccedilatildeo desta teacutecnica satildeo geralmente
uniformes duros com elevadas resistecircncias agrave corrosatildeo e ao desgaste e apresentam baixo coeficiente
de fricccedilatildeo [24][25]
Existe contudo uma enorme variedade de meacutetodos eletroquiacutemicos que permitem a
oxidaccedilatildeodeposiccedilatildeo de finas camadas de cloreto de prata tais como a deposiccedilatildeo assistida por plasma
ou por feixes de iotildees o sputtering a deposiccedilatildeo quiacutemica e a deposiccedilatildeo fiacutesica em fase de vapor etc
[25] Todavia a execuccedilatildeo destes processos envolve a utilizaccedilatildeo de equipamentos altamente
especializados em ambiente de vaacutecuo vaacuterias soluccedilotildees e um campo eleacutetrico de modo a possibilitar a
transformaccedilatildeo de energia quiacutemica em energia eleacutetrica e vice-versa Finalmente um meacutetodo tambeacutem
bastante usado eacute a sinterizaccedilatildeo de poacute de cloreto de prata sobre o substrato metaacutelico dando origem
a um revestimento espesso e poroso
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25 Novo conceito de eleacutetrodo
O desenvolvimento do novo tipo de bioeleacutetrodo busca
colmatar as lacunas presentes nos eleacutetrodos disponiacuteveis
comercialmente (dos tipos huacutemido e seco) Tentando manter as
melhores carateriacutesticas de cada tipo de eleacutetrodo Para isso eacute
necessaacuterio desenvolver o eleacutetrodo com materiais condutores que
possibilitem as trocas ioacutenicas e aleacutem disso tenha a capacidade
de manter huacutemido o ponto de contacto com a pele de forma a
diminuir a impedacircncia na interface mas sem usar pastas ou gel
que sujam a pele
A hidrataccedilatildeo da pele por via externa nos ensaios a
realizar eacute feita atraveacutes da aplicaccedilatildeo de diferentes soluccedilotildees
hidratantes que se encontram embebidas numa esponja num
reservatoacuterio existente no eleacutetrodo (Figura 8) Estas soluccedilotildees tecircm a capacidade de migrar atraveacutes do
eleacutetrodo atraveacutes do efeito de capilaridade e gravidade uma vez que a base do eleacutetrodo eacute feita de
policarbonato com porosidade aberta adequada ao fenoacutemeno da capilaridade
O desenvolvimento deste bioeleacutetrodo inovador possibilita tambeacutem uma colocaccedilatildeo raacutepida
coacutemoda e segura Uma vez que estes passam a ser colocados com uma touca
Finalmente eacute tambeacutem importante referir que a forma do eleacutetrodo em multipino permitiraacute
numerosos pontos de contacto de modo a minimizar a impedacircncia do mesmo contribuindo para a
obtenccedilatildeo de melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
26 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
O ruiacutedo eacute um sinal interferente de natureza aleatoacuteria que provoca a degradaccedilatildeo de sinal
durante o seu processamento Em eletroacutenica diz respeito a quaisquer correntes ou tensotildees indesejadas
que mascaram o sinal que realmente interessa
Nos dispositivos e circuitos eletroacutenicos existem inuacutemeras fontes de ruiacutedo dai a importacircncia
na sua caraterizaccedilatildeo
Um tipo importante de ruiacutedo eacute o ruiacutedo de Johnson-Nyquist presente nos portadores de carga
e em todos os elementos com resistecircncia eleacutetrica Este tipo de ruiacutedo eacute caraterizado por uma densidade
espectral de potecircncia (do inglecircs power spectral density - PSD) uniforme e forma de onda gaussiana
[26]
O ruiacutedo de Johnson-Nyquist eacute comumente chamado ruiacutedo teacutermico e a sua tensatildeo eficaz pode
ser calculado atraveacutes da ( 5 para uma resistecircncia eleacutetrica R
Vt= radic4∙k∙T∙B∙R=radic16times1020
∙B∙R ( 5 )
Figura 8 Eleacutetrodo de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios A representa o fio de prata B a soluccedilatildeo condutora C a esponja do reservatoacuterio e D material de policarbonato de natureza porosa onde se estabelece o contacto com a pele
16
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onde k representa a constante de Boltzmann em JK T a temperatura da resistecircncia em K B
a banda equivalente de ruiacutedo e R o valor da resistecircncia em Ohm
Para o caacutelculo da banda equivalente de ruiacutedo considera-se que o sistema tem uma funccedilatildeo de
transferecircncia do tipo 1198810
119881119894frasl = 119860(119895119891) e estaacute sujeito a uma entrada de ruiacutedo de PSD 119878119881119894
Deste modo
obtemos que o valor meacutedio da tensatildeo de ruiacutedo na saiacuteda para um amplificador seraacute
1198811198990
2 = int 119878119881119894 |A(jf)|2 partfinfin
0
( 6 )
Sendo |119860(119895119891)| usualmente uma funccedilatildeo do tipo
Figura 9 Funccedilatildeo de um filtro passa-baixos |119912(119947119943)|
Uma vez que as regiotildees sombreadas satildeo iguais pode-se simplificar o caacutelculo atraveacutes da aacuterea
de um retacircngulo com a mesma aacuterea que o quadrado da funccedilatildeo de transferecircncia Temos entatildeo que a
banda equivalente eacute dada por
B=1
|A0|2int |A(jf)|2 partf
infin
0
( 7 )
Outro tipo de ruiacutedo presente nos equipamentos eletroacutenicos que eacute interessante estudar eacute o
ruiacutedo ldquoshotrdquo ou ruiacutedo de corrente (Ish) que como o nome indica estaacute associado agrave corrente DC que
flui atraveacutes de uma barreira de potencial e pode ser representado por
Ish= radic2∙q∙IDc∙B ( 8 )
Onde q representa a carga eletroacutenica em coulomb e IDC a corrente contiacutenua meacutedia em ampere
Finalmente outro tipo de ruiacutedo a estudar seraacute o ruiacutedo 1f ldquoflickerrdquo ou ruiacutedo de contacto (If)
que ocorre devido agraves diferenccedilas nos niacuteveis de energia eleacutetricos quando existe um contato imperfeito
entre dois materiais Este tipo de ruiacutedo pode ser calculado atraveacutes de
119868119891 = 119870 ∙ 119868119863119888 ∙ radic119861
radic119891 ( 9 )
Onde K eacute um valor constante que depende do material e da geometria
A baixas frequecircncias este ruiacutedo eacute chamado de ruiacutedo ldquo1frdquo devido agrave tendecircncia caracteriacutestica
de decrescimento com a frequecircncia Eacute importante notar que a magnitude do ruido ldquoflickerrdquo pode ser
17
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muito grande para pequenas frequecircncias o que leva a que seja a forma de ruiacutedo predominante em
circuitos de baixa frequecircncia
Considerando o ruiacutedo total como adiccedilatildeo das contribuiccedilotildees dos vaacuterios tipos de ruiacutedo na
configuraccedilatildeo eleacutetrica adotada para um amplificador pode-se considerar que o ruiacutedo na entrada segue
a representaccedilatildeo da Figura 10 da qual eacute possiacutevel retirar que
1198681198992 =
1198811198991199052 minus 119881119899
2 minus 1198811199052
1198771199042 ( 10 )
Na praacutetica In pode ser calculado atraveacutes da PSD do ruiacutedo total obtido com uma resistecircncia
elevada de modo a que 1198811198990≫ 119860radic119881119899
2 ∙ 1198811199052 e que Vn eacute a PSD do sistema com a entrada em curto circuito
Figura 10 Circuito representativo dos componentes do ruiacutedo do amplificador na entrada segundo o modelo Vn-In
No corpo humano a captaccedilatildeo dos biopotenciais no escalpe estaacute sujeita agrave presenccedila de ruiacutedo
eleacutetrico intriacutenseco indesejado na interface eleacutetrodogelpele que faz com que o processo de deteccedilatildeo
e anaacutelise dos sinais bioloacutegicos reais seja mais complicado Eacute necessaacuterio por isso caracterizar e
conhecer a magnitude e origem destas flutuaccedilotildees de modo a caraterizar a qualidade dos eleacutetrodos
desenvolvidos
O ruiacutedo eleacutetrodo-pele pode estar ligado agrave interface entre o eleacutetrodo e o eletroacutelito ou entatildeo
agrave interface eletroacutelito-pele No primeiro caso esta situaccedilatildeo pode ser mensurada atraveacutes da colocaccedilatildeo
de eleacutetrodos do mesmo tipo um contra o outro Por outro lado o ruiacutedo produzido pela interface
eletroacutelito-pele deve ser mensurado de uma forma indireta atraveacutes do contacto direto entre o eleacutetrodo
e a pele Nesta situaccedilatildeo o ruiacutedo eacute tipicamente mais elevado do que o que se obteacutem na interface
eleacutetrodo-eletroacutelito [3] Uma vez que os resultados obtidos nestes ensaios dependem diretamente do
estado da pele eacute importante garantir um tratamento preacutevio adequado
18
18
261 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio do tempo RMS e Deriva do potencial
A raiz do valor quadraacutetico meacutedio RMS (do inglecircs root mean square) ou valor eficaz eacute uma
medida estatiacutestica da magnitude de uma quantidade variaacutevel que pode ser calculada atraveacutes da
expressatildeo
120600119877119872119878 = radic1
119873 sum120600119894
2
119873
119894=1
= radic1206001
2 + 12060022 + ⋯+ 120600119873
2
119873 ( 11 )
Nos sinais a estudar satildeo calculados os valores RMS da parte alternada do sinal em intervalos
de tempo sucessivos Destes valores eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees acerca da evoluccedilatildeo temporal do
sinal assim como a quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo
Por outro lado a deriva do potencial eacute calculada recorrendo agrave primeira derivada do sinal nos
diferentes pontos pela componente contiacutenua do sinal sendo portanto de natureza lenta Eacute possiacutevel
por isso analisar a deriva do potencial e o tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema atraveacutes do recurso desde
caacutelculo
262 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio das frequecircncias Densidade espectral
A densidade espectral de potecircncia PSD eacute definida pela transformada de Fourier da funccedilatildeo
de autocorrelaccedilatildeo (Rxx (120591)) de um processo estacionaacuterio ou seja
Teorema de Wiener-Khintchine 119878119909(119891) = F[Rxx(120591)]= int Rxx(120591)119890minus 1198952120587119891120591119889120591infin
minusinfin
( 12 )
Por outras palavras a PSD descreve a distribuiccedilatildeo da variacircncia de um processo aleatoacuterio no
domiacutenio da frequecircncia [27][28]
No Matlab esta estimaccedilatildeo eacute feita atraveacutes da funccedilatildeo pwelch jaacute implementada esta segue o
meacutetodo Welch para o caacutelculo da PSD Este meacutetodo eacute baseado no conceito de utilizaccedilatildeo de
periodogramas de estimaccedilatildeo espectral que satildeo o resultado da conversatildeo de um sinal no domiacutenio
temporal para o domiacutenio da frequecircncia [29] Para isso o meacutetodo Welch segue o fundamento do
meacutetodo Bartlett contudo permite a sobreposiccedilatildeo de segmentos [30]
O meacutetodo Bartlett consiste primeiramente na divisatildeo do segmento original de N amostras em
K segmentos de comprimento M Para cada segmento eacute obtido o periodograma calculado atraveacutes da
transformada discreta de Fourier de seguida eacute calculado o quadrado do resultado e dividido por M
Finalmente eacute feita a meacutedia do resultado dos periodogramas para todos os segmentos de K amostras
resultando num uacutenico vetor de potenciais em funccedilatildeo da frequecircncia Ou seja a reparticcedilatildeo da potecircncia
ao longo do espetro [28]
19
19
27 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo da impedacircncia
Um sistema eletroquiacutemico eacute aquele onde haacute a presenccedila de pelo menos uma fase condutora
eletroacutenica (eleacutetrodo) em contato direto com uma fase condutora ioacutenica (eletroacutelito) as quais originam
a interface eleacutetrodo-eletroacutelito onde se forma duma dupla camada eleacutetrica
A mediccedilatildeo da impedacircncia eletroquiacutemica em modo potenciostaacutetico eacute feita atraveacutes da
aplicaccedilatildeo de um sinal de potencial eleacutetrico sinusoidal 119881(119905) com cerca de 5 a 20 mV numa ceacutelula
eletroquiacutemica Satildeo medidas a resposta na forma de corrente eleacutetrica 119868(119905) e diferenccedila de fase entre
o sinal de potencial e o sinal da corrente [31] Ao medir a corrente alternada que atravessa a ceacutelula
eletroquiacutemica obtemos a impedacircncia Z da forma convencional 119885 = 119881119868 [32] Refira-se que a obtenccedilatildeo
da impedacircncia pode igualmente ser feita impondo uma perturbaccedilatildeo de corrente e medindo o
potencial A impedacircncia do eleacutetrodo reflete entatildeo a capacidade do eleacutetrodo para transferir carga a
determinada frequecircncia [32][33]
Deste modo tem-se se os valores da tensatildeo alternada V(t) e da intensidade I(t) forem
representados por
V(t)=V0∙ cos ωt
( 13 )
I(t)=I0∙ cos (ωt+φ) ( 14 )
No qual V0 representa a amplitude de pico do sinal 120596 a frequecircncia angular (120596 = 2120587119891) I0 a
amplitude do sinal de corrente e 120593 a diferenccedila de fase entre os dois sinais
Pela equaccedilatildeo de Euler
eiφ= cos φ +j sin φ ( 15 )
temos entatildeo que se φ=120596119905
V(t)= V0∙Re(ejωt) ( 16 )
representando essa tensatildeo alternada como uma parte real de uma grandeza complexa
temos que V(t) eacute equivalente a
V(t)=V0∙Re(119888119900119904120596119905 + 119895 ∙ 119904119894119899 120596119905) ( 17 )
Por outro lado atendendo agrave Equaccedilatildeo de Euler acima descrita a corrente eleacutetrica gerada
por um elemento de circuito em resposta a uma tensatildeo alternada pode ser escrita como
I(t)=I0∙Re(119890(120596119905+120593))
( 18 )
Deste modo a impedacircncia fica
Z(ω)=Z0∙ejφ
( 19 )
e aplicando a equaccedilatildeo de Euler
Z(ω)=Z ( cos φ + j sin φ ) ( 20 )
20
20
Obtemos uma equaccedilatildeo composta de uma parte real e uma parte imaginaacuteria possibilitando
assim a sua representaccedilatildeo num plano cartesiano onde a parte real corresponderaacute ao eixo das abcissas
e a parte imaginaria ao eixo das ordenadas (Diagrama de Nyquist)
Pode-se tambeacutem representar a impedacircncia como um vetor no plano complexo
Z (ω)=Re[Z(ω)]i +Im[Z(ω)]j ( 21 )
E se Z0 for o moacutedulo da impedacircncia a parte real de 119885(120596) escreve-se
Z=Z0∙ cos φ
( 22 )
sendo a parte imaginaacuteria representada por
Z=Z0∙ sin φ
( 23 )
que segundo a representaccedilatildeo de Fresnel corresponde a
Z(ω)=Z+ j Z
( 24 )
ou seja
1198850=|Z(ω)|=radicZ2+ Z
2 ( 25 )
e
tan φ = Z
Zfrasl ( 26 )
Os diagramas de Nyquist satildeo uacuteteis para reconhecer o tipo de processo envolvido Os diagramas
de Bode por outro lado mostram a dependecircncia direta do acircngulo de fase com a frequecircncia Este
uacuteltimo eacute particularmente interessante em escalas de frequecircncia muito diferentes uma vez que eacute
frequentemente representado atraveacutes da escala logariacutetmica portanto os resultados nos capiacutetulos
subsequentes seratildeo apresentados neste formato
21
21
A teacutecnica de Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica (do inglecircs Electrochemical
Impedance Spectroscopy - EIS) fornece uma visatildeo completa e detalhada das caracteriacutesticas eleacutetricas
da interface eleacutetrodo-eletroacutelito quando efetuada
numa gama suficientemente largada de frequecircncias
Na Figura 11 estaacute representado um esquema da
montagem experimental para mediccedilatildeo da
impedacircncia As reaccedilotildees eletroquiacutemicas satildeo em
essecircncia reaccedilotildees quiacutemicas em que ocorrem
transferecircncia de eletrotildees para um eleacutetrodo e como
regra ocorrem de acordo com princiacutepios quiacutemicos
gerais Haacute contudo certas caracteriacutesticas das
reaccedilotildees eletroquiacutemicas que satildeo uacutenicas Algumas
delas envolvem a transferecircncia de eletrotildees atraveacutes
de uma interface (reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo) o
que acarreta uma dependecircncia com as dimensotildees e
aacuterea do eleacutetrodo assim como tambeacutem das
propriedades da interface com o eleacutetrodo
Eacute habitual que os eleacutetrodos de AgAgCl apresentem potenciais relativamente baixos e
estaacuteveis Portanto a deposiccedilatildeo da camada de AgCl estabilizaraacute o potencial do eleacutetrodo e reduziraacute os
niacuteveis de impedacircncia Eacute de salientar que impedacircncias aceitaacuteveis para os eleacutetrodos de superfiacutecie devem
encontrar-se abaixo dos 5 k uma vez que quanto maior a impedacircncia maior seraacute a resistecircncia do
eleacutetrodo agrave passagem de corrente No entanto valores de 10 k ou mesmo 40 K ainda satildeo
considerados aceitaacuteveis dependendo dos autores [34][35]
Figura 11 Esquema representativo do ensaio potenciostaacutetico para mediccedilatildeo da impedacircncia
22
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23
Capiacutetulo 3 Materiais e meacutetodos
Materiais e meacutetodos
31 Preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes
Na preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes dissolveu-se cloreto de soacutedio (NaCl) em aacutegua
adicionando de seguida um tensioativo (tweencopy-80) e um humectante (propilenoglicol) As
concentraccedilotildees destes componentes variaram nas 3 soluccedilotildees conforme referido na Tabela 2 Conveacutem
referir que cada componente foi dissolvido em constante e contiacutenua agitaccedilatildeo numa placa de
agitaccedilatildeo tendo-se misturado primeiro o propilenogicol com o tweencopy e soacute depois com os restantes
compostos
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas
COMPONENTE INFORMACcedilAtildeO DO COMPONENTE SOLUCcedilAtildeO
1 2 3
NaCl (mV) VWR-BDH Prolabo Lote 27810295
09 09 09
Tweencopy-80 (VV) Acofarma
Lote 130287 3 3 5
Propilenoglicol(VV) Acofarma
Lote 131337 10 30 30
Aacutegua (VV) - qbp 100 qbp 100 qbp 100
A biocompatibilidade das mateacuterias-primas empregues para a obtenccedilatildeo das soluccedilotildees torna este
novo conceito de eleacutetrodo uma alternativa promissora para utilizaccedilatildeo cliacutenica Esta biocompatibilidade
estaacute inversamente relacionada com a concentraccedilatildeo de cloretos de soacutedio ou seja quanto menor a
concentraccedilatildeo tanto maior a biocompatibilidade das soluccedilotildees Por esse motivo as soluccedilotildees
desenvolvidas contavam com pequenas concentraccedilotildees de sais de modo a ser o mais semelhante
possiacutevel aos componentes ioacutenicos da proacutepria pele humana
24
24
32 Produccedilatildeo dos novos eleacutetrodos
321 Produccedilatildeo da estrutura porosa de policarbonato
A produccedilatildeo da estrutura porosa (wicks) foi realizada atraveacutes da sinterizaccedilatildeo de poacutes de
policarbonato (PC)
No que diz respeito ao processo de fabrico propriamente
dito o primeiro passo consistiu na moagem da mateacuteria-prima
(policarbonato) de seguida estas partiacuteculas foram sinterizadas
atraveacutes de um equipamento designado por cilindro de sinterizaccedilatildeo
Este cilindro foi aquecido a uma temperatura de asymp170degC e atingida
esta gama de temperaturas colocaram-se as partiacuteculas no molde
ldquoWickrdquo com as dimensotildees apresentadas na Figura 12 que se
encontrava dentro do cilindro central Procedeu-se
imediatamente ao encaixe do pistatildeo no cilindro central Para
finalizar mergulhou-se em aacutegua fria o cilindro central contendo o
molde deixando de seguida secar agrave temperatura ambiente [36]
322 Preparaccedilatildeo dos eleacutetrodos de pratacloreto de prata
Para a deposiccedilatildeo da camada de cloreto de prata nos fios de prata recorreu-se a uma teacutecnica
de deposiccedilatildeo quiacutemica Para isso os fios de prata (Ag) (diacircmetro = 250 miacutecron 9999 Goodfellow
Cambridge) foram oxidados com uma soluccedilatildeo de cloreto de ferro (III) (MERCK Lote 7705-08-0) apoacutes
um preacute-tratamento que permitiu a remoccedilatildeo de impurezas e sujidades presentes na superfiacutecie dos fios
Este preacute-tratamento consistiu na limpeza da superfiacutecie dos fios com 2-propanol e posterior imersatildeo
dos mesmos numa tina de ultrassons com 2-propanol durante 10 minutos De seguida mergulharam-
se os fios de prata em aacutegua destilada de forma a remover todo o 2-propanol presente Finalmente
o processo de oxidaccedilatildeo consistiu em submergir os fios de prata numa soluccedilatildeo aquosa de FeCl3 50 mM
durante 2 minutos ao finalizar este periacuteodo foram armazenados durante 24h num recipiente revestido
com folha de alumiacutenio que possuiacutea uma soluccedilatildeo de HCl 01M para estabilizaccedilatildeo Os fios que natildeo foram
utilizados imediatamente foram armazenados num recipiente revestido com folha de alumiacutenio com
uma soluccedilatildeo de HCl 0005M O comprimento de cada fio de prata eacute aproximadamente de 8 cm
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato
25
25
323 Montagem dos eleacutetrodos
Apoacutes o fabrico da estrutura porosa e da preparaccedilatildeo dos
fios de prata procedeu-se agrave montagem dos eleacutetrodos para isso
cortaram-se pequenas porccedilotildees de uma esponja em poliuretano
com configuraccedilatildeo ciliacutendrica e um diacircmetro semelhante ao da
parte superior da estrutura porosa De seguida atravessou-se esta
esponja com o fio de prata e inseriu-se o conjunto ldquoesponja +
arame de pratardquo dentro de um orifiacutecio superior que a estrutura
porosa possui Finalmente incorporou-se esta estrutura dentro de
um tubo de PVC de modo a atingir a configuraccedilatildeo apresentada na
Figura 13
33 Preparaccedilatildeo dos ensaios
Antes do iniacutecio dos ensaios os eleacutetrodos foram previamente lavados com 2-propanol e
colocados na estufa de modo a evaporar os resiacuteduos do aacutelcool Posteriormente foi aplicada a soluccedilatildeo
hidratante que se pretendia estudar de modo a que a esponja ficasse completamente embebida Desta
forma por uma parte os novos eleacutetrodos em estudo foram testados recorrendo agraves soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 e por outra os eleacutetrodos que serviram como controlo (eleacutetrodo de AgAgCl
(BIO EASYCAP GmbH Alemanha)) utilizaram o gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) Foram tambeacutem utilizados eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) como referecircncia
Para os estudos eletroquiacutemicos incorporaram-se os eleacutetrodos numa montagem constituiacuteda por
um potenciostatogalvanostato Gamry G-300 (Gamry Instruments USA) De modo a diminuir o ruiacutedo
eletroacutenico os ensaios foram todos realizados dentro de uma Gaiola de Faraday Eacute importante referir
que uma vez o nosso sistema de aquisiccedilatildeo de dados era ldquoearth groundedrdquo seguiu-se a sugestatildeo da
bula do Gamry e optou-se unicamente por ligar o ldquofloating groundrdquo agrave gaiola
34 Condiccedilotildees dos ensaios
A primeira parte do trabalho foi desenvolvida laquoIn vitroraquo com eleacutetrodos multipino foi feito
entatildeo um estudo do ruido eletroquiacutemico entre eleacutetrodos do mesmo tipo nas diferentes soluccedilotildees
referidas na Tabela 2 De seguida realizou-se um estudo das impedacircncias dos novos eleacutetrodos nas
diferentes soluccedilotildees seguidos por um estudo de controlo realizado nas mesmas condiccedilotildees com o
eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente e o correspondente gel hidratante Estes ensaios foram
reproduzidos 3 vezes uma vez que em estudos anteriores jaacute se tinha verificado uma boa
reprodutibilidade dos ensaios
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios
26
26
Na segunda fase dos estudos realizou-se uma avaliaccedilatildeo do ruido da impedacircncia vs frequecircncia
laquoIn vivoraquo com as diferentes soluccedilotildees Estes ensaios foram realizados em 8 voluntaacuterios saudaacuteveis 6 do
sexo feminino e 2 do masculino Deste modo consegue-se escolher uma soluccedilatildeo para avanccedilar ao
estaacutegio seguinte que consistia na mediccedilatildeo e comparaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos obtidos tanto
com os eleacutetrodos de controlo como com os eleacutetrodos multipino porosos com a soluccedilatildeo hidratante mais
adequada Os resultados foram obtidos com a participaccedilatildeo de 2 voluntaacuterios saudaacuteveis de ambos sexos
341 Ensaios laquoIn vitroraquo
3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito
Nos ensaios de ruiacutedo eletroquiacutemico apenas foram utilizados eleacutetrodos multipino porosos
Fig14 (b) sendo um ligado ao terminal do eleacutetrodo de trabalho e o outro ao terminal do eleacutetrodo de
referecircncia A distacircncia entre os eleacutetrodos foi controlada durante o decorrer dos ensaios optando-se
por uma distacircncia de 3 cm entre os dois eleacutetrodos Foi tambeacutem realizada uma montagem de controlo
nas mesmas condiccedilotildees contudo esta era constituiacuteda por dois eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel
Electro-Cap International Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA)
Estabelecida a montagem do sistema eletroacutenico procedeu-se agrave mediccedilatildeo do ruiacutedo eleacutetrico em
circuito aberto para isso recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software ldquoESA410 Data Acquisitionrdquo da Gamry
um software projetado especificamente para a aquisiccedilatildeo e anaacutelise de sinais de ruiacutedo eletroquiacutemico
[37] Para aquisiccedilatildeo dos dados o ESA410trade associa-se ao potenciostato Gamry que faz aquisiccedilatildeo dos
dados em modo potenciostaacutetico a recolha dos dados eacute feita em circuito aberto O teste para cada
eleacutetrodo foi realizado ao longo de 12 minutos com uma taxa de amostragem constante de 1000 Hz
ao longo de todo o teste e um filtro de 10 A frequecircncia de amostragem foi escolhida tendo em conta
o Teorema de Nyquist que afirma que a frequecircncia de amostragem de um sinal analoacutegico para que
possa posteriormente ser reconstituiacutedo com o miacutenimo de perda de informaccedilatildeo deve ser igual ou maior
a duas vezes a maior frequecircncia do espectro desse sinal 119861 le119891119904
2 Por outras palavras a frequecircncia
maacutexima do sinal de entrada deveraacute ser menor ou igual a metade da taxa de amostragem [38] Para
que isto seja conseguido o sistema incorpora um filtro passa-baixo ldquoanti-aliasrdquo (deixa passar baixas
frequecircncias mas atenua as frequecircncias maiores do que a frequecircncia de Nyquist) [39]
3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito
Na montagem eletroacutenica dos ensaios de impedacircncia o contra eleacutetrodo era representado por
um eleacutetrodo comercial de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) o eleacutetrodo de trabalho um
eleacutetrodo poroso multipino (cada ensaio com as suas diferentes soluccedilotildees) e o eleacutetrodo de referecircncia
um eleacutetrodo de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) Fig14 (a) Optou-se tambeacutem pela
27
27
implementaccedilatildeo de um controlo com eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap International
Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap International Inc USA)
A obtenccedilatildeo dos dados eacute feita atraveacutes da teacutecnica de espectroscopia de impedacircncia
eletroquiacutemica em modo potenciostaacuteticordquo presente no software EIS300TM da Gamry neste modo de
funcionamento eacute aquirido um espectro de impedacircncia ao longo do intervalo de frequecircncias de 10 kHz
ateacute 01 Hz com uma tensatildeo AC aplicada (5 mV RMS) da tensatildeo de desvio DC (0 V vs circuito aberto)
e representados 3 pontos por deacutecada
(a) (b)
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo
342 Ensaios laquoIn vivoraquo
3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele
De modo a mensurar o ruiacutedo
causado pela interface entre o eletroacutelito e
a pele procedeu-se agrave montagem de um
sistema semelhante ao utilizado nos
ensaios do ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito dentro
de uma gaiola de Faraday contudo estes
ensaios foram realizados laquoIn vivoraquo
procedendo-se agrave colocaccedilatildeo dos dois
eleacutetrodos na zona anterior da tiacutebia com
um espaccedilo entre eles de 3 cm (Figura 15)
apoacutes a superfiacutecie da pele ter sido limpa
com etanol a 70
A montagem contava com um sistema de seguranccedila inserido em seacuterie no sistema de mediccedilatildeo
e que corta a corrente se esta for superior a 100 microA
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
28
28
A mediccedilatildeo do ruido foi feita tendo em conta o tipo de eleacutetrodo tendo-se para isso optado por
fazer as mediccedilotildees com eleacutetrodos do mesmo tipo ou seja num primeiro ensaio mensurou-se o ruido
entre 2 eleacutetrodos de pratacloreto de prata com o respetivo gel hidratante e numa segunda
abordagem optou-se por mensurar o ruido entre dois dos eleacutetrodos porosos com as diferentes soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 Contudo foi controlada a pressatildeo da banda que fixava os eleacutetrodos porosos
agrave tiacutebia sendo estipulado o valor da pressatildeo no intervalo de 15N a 2N
Neste ensaio o primeiro eleacutetrodo encontra-se ligado aos terminais dos eleacutetrodos de trabalho
o segundo ao terminal da referecircncia e o cabo do ground foi ligado agrave gaiola
Os paracircmetros dos ensaios foram os mesmos que os utilizados para a mediccedilatildeo do ruido
eleacutetrodo-eletroacutelito apresentados na secccedilatildeo 3411 contudo o tempo de aquisiccedilatildeo de sinal foi
reduzido a 5 minutos de modo a minorar o tempo de exposiccedilatildeo dos voluntaacuterios aos exames
3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele
laquoIn vivoraquo estes ensaios foram feitos logo
apoacutes a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico portanto a
superfiacutecie da pele se encontrava limpa e a
colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos obedecia agrave regra dos 3 cm
de distacircncia entre eleacutetrodos e 15-2N de pressatildeo
Para a mediccedilatildeo da impedacircncia eacute utilizada uma
configuraccedilatildeo diferente como referido no capitulo
33 Satildeo portanto utilizados 2 eleacutetrodos
comerciais de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH
Alemanha) um como referecircncia e outro como
contra eleacutetrodo e o eleacutetrodo em estudo
propiamente dito seja este o comercial (controlo)
ou o novo eleacutetrodo (Figura 16)
Os resultados obtidos para as diferentes
frequecircncias aleacutem de poderem ser representados
pelo diagrama de Nyquist como referido anteriormente podem tambeacutem ser representados num
Diagrama de Bode Neste diagrama a distribuiccedilatildeo dos valores de impedacircncia por vaacuterias ordens de
grandeza eacute representada em coordenadas polares (magnitude log|119885| em funccedilatildeo de log120596 )
3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos primariamente limpou-se a superfiacutecie do
escalpe com aacutelcool a 70 de modo a minimizar a camada gordurosa da pele De seguida procedeu-se
agrave colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos Foram colocados dois eleacutetrodos de AgAgCl (comerciais) um de forma a
servir como controlo (posiccedilatildeo O2) e outro em curto-circuito com o ground e a referecircncia (posiccedilatildeo
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino
durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia
29
29
Fp2) O eleacutetrodo poroso em estudo colocou-se a cerca de 3 cm do eleacutetrodo de AgAgCl posiccedilatildeo O2
de modo a captar o mesmo sinal que o obtido pelo eleacutetrodo de controlo (Figura 17)
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos
35 Implementaccedilatildeo em Matlab
Apoacutes a importaccedilatildeo do ficheiro obtido nos ensaios de ruiacutedo para o Matlab foi criado um filtro
Butterworth de ordem 20 de 05 ateacute 40 Hz atraveacutes da funccedilatildeo jaacute implementada pelo Matlab
ldquofdesignbandpassrdquo De seguida eacute aplicado o filtro duas vezes A primeira desde o primeiro ponto ateacute
o uacuteltimo e o segundo na ordem inversa Deste modo consegue-se natildeo soacute uma filtragem dupla mas
tambeacutem o cancelamento da fase dos filtros Assim efetivamente o filtro utilizado eacute de ordem 40 de
fase nula
De seguida eacute dividido o ensaio em segmentos de 30 segundos rejeitando os primeiros 10
segundos do ensaio Para cada segmento natildeo sobreposto eacute calculado o valor RMS da tensatildeo a
densidade espectral de potecircncia atraveacutes da estimaccedilatildeo pwelch do Matlab e o declive meacutedio (primeira
derivada do sinal) Contudo no final eacute calculada tambeacutem a densidade espectral de potecircncia global
que eacute expressa em dB
30
30
31
31
Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos
Resultados obtidos e discussatildeo
41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo
411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos
eleacutetrodos
Neste estudo eacute de extrema relevacircncia a eleiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante a utilizar Para isso
recorreu-se agrave realizaccedilatildeo de vaacuterios ensaios que possibilitassem uma avaliaccedilatildeo objetiva da resposta do
sistema Efetuou-se entatildeo primeiro uma anaacutelise do ruiacutedo ao longo de 12 minutos com os eleacutetrodos
multipino nas diferentes soluccedilotildees (um medido contra o outro) e a respetiva referecircncia de seguida
realizou-se um ensaio para mensurar a resistecircncia agrave passagem de corrente com os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees e a respetiva referecircncia
Assim sendo a Figura 18 revela a impedacircncia dos eleacutetrodos nas diferentes soluccedilotildees testadas
Nesta pode-se observar que a soluccedilatildeo 1 apresenta niacuteveis de impedacircncia ligeiramente mais baixos que
as restantes soluccedilotildees Contudo os seus niacuteveis encontram-se uma deacutecada acima dos valores obtidos
pelo eleacutetrodo e AgAgCl utilizado comercialmente com o respetivo gel hidratante Observa-se ainda
que os desvios padratildeo satildeo tatildeo baixos que quase natildeo satildeo percetiacuteveis o que significa que os ensaios satildeo
bastante reprodutiacuteveis Eacute tambeacutem importante notar que ao longo de todas as frequecircncias testadas
os valores de impedacircncia aleacutem de se encontrarem todos abaixo dos valores maacuteximos permitidos (20-
40 k) [35] encontram-se ainda abaixo dos 5 k referidos como valores de impedacircncia ideal por vaacuterios
fornecedores [40][41] o que eacute de extrema relevacircncia nos passos subsequentes de aquisiccedilatildeo do sinal
uma vez que eacute indispensaacutevel ter baixos niacuteveis de impedacircncia para conseguir captar ondas cerebrais
32
32
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Foram ainda feitas mediccedilotildees de ruiacutedo nas mesmas condiccedilotildees Realizando-se de seguida uma
anaacutelise no domiacutenio temporal e outra no domiacutenio das frequecircncias Para isso como foi referido no
capitulo 35 recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software Matlab A primeira anaacutelise eacute feita no domiacutenio
temporal (Figura 19 (a)) sob a forma de um graacutefico da tensatildeo meacutedia (RMS) em funccedilatildeo do tempo que
eacute obtida apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa-alto de modo a retirar a componente DC do sinal e assim
obter um sinal de ruiacutedo para altas frequecircncias que seraacute representado em periacuteodos de 30 segundos
Deste modo eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees da quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo de
estabilizaccedilatildeo do eleacutetrodo O que se observa eacute que os niacuteveis de ruiacutedo ao longo do tempo variam entre
185 microV ateacute 2 microV o que equivale a uma variaccedilatildeo maacutexima de 015 microV tanto para os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees como para o eleacutetrodo de AgAgCl no respetivo gel hidratante Observa-se
ainda que aleacutem das pequenas variaccedilotildees ao longo do tempo o desvio padratildeo para todas as soluccedilotildees eacute
muito semelhante sugerindo que natildeo haacute diferenccedilas significativas a niacutevel das soluccedilotildees implementadas
Eacute ainda de salientar que natildeo se observa nenhuma evoluccedilatildeo de ruiacutedo ao longo do tempo o que sugere
uma estabilizaccedilatildeo do sistema muito raacutepida A segunda anaacutelise no domiacutenio temporal corresponde ao
declive meacutedio (Figura 19 (b)) foi realizada recorrendo agrave primeira derivada do sinal em DC obtido a
cada 30 segundos Deste graacutefico eacute possiacutevel retirar informaccedilatildeo referente agrave deriva do potencial e ao
tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema Assim recorrendo agrave sua visualizaccedilatildeo observa-se que a
estabilizaccedilatildeo eacute feita de forma semelhante para todas as soluccedilotildees Contudo a soluccedilatildeo 3 apresenta
menos variaccedilotildees ao longo do tempo valores mais proacuteximos de zero e maior reprodutibilidade entre
ensaios Finalmente o teste de controlo efetuado com os eleacutetrodos comerciais de AgAgCl no gel
aparentam ser ligeiramente menos estaacuteveis contudo os valores se encontram na mesma gama de
tensotildees
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33
Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Para concluir realizou-se uma anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias para isso recorreu-se ao
graacutefico da densidade espectral de tensatildeo (Figura 20) Nele observa-se que os resultados do ruiacutedo do
sinal aumentam com a diminuiccedilatildeo das frequecircncias numa proporccedilatildeo 119903119906iacute119889119900 ~ 1 119891119903119890119902119906ecirc119899119888119894119886frasl
confirmando os estudos feitos por E Huigen em 2002 [20] No entanto estes tendem a estabilizar a
partir dos 10 Hz em valores proacuteximos dos -238 dB Eacute de referir que a para frequecircncias elevadas o
sinal de ruiacutedo eacute determinado pelo ruiacutedo do amplificador e natildeo pelo ruiacutedo da interface metal-eletroacutelito
uma vez que este eacute significativamente menor do que o ruiacutedo do amplificador impedindo assim a sua
mediccedilatildeo mesmo com equipamentos de baixo ruiacutedo [20]
34
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Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
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a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
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Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
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Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
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Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
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Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
40
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
41
41
Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
42
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Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
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Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
45
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Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
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51
51
Anexos
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61
61
ii
iii
Abstract
This work aims at the development of innovative bioeleacutetrodos for monitoring brain electrical
activity These donrsquot require the use of electrolytic gels thus achieving overcome the disadvantages
of the dried electrodes to maintain a wet contact through a hydrating solution with the scalp
This work was developed within the project WICKEEG This project was divided in three
stages the first involved the production of a porous structure (wick) that is the core structure of
the device then skin moisturizing formulations were developed for the effective transmission of the
signal within the porous structure finally electrode laquoIn vitroraquo and laquoIn vivoraquo tests will be carried on
emphasizing the signal processing being used to establish an objective comparison with traditional
electrodes
The first step has already been completed and the ongoing work focuses on the hydrating
choice and electrode testing
This report will present the techniques and theoretical principles that led to the
development of this project as well as the results of laquoIn vitroraquo tests and its comparison with
traditional electrodes For that they were tested three moisturizing solutions with different
compositions having the electrodes tested both laquoin vitroraquo as laquoin vivoraquo
The laquoIn vitroraquo tests consisted of measuring the electrical potential of the drift of the
electrodes the electric noise produced by the electrode itself and the measurement of
electrochemical impedance in different solutions Then the laquoin vivoraquo trials were performed on 8
healthy volunteers these tests were performed in the anterior zone of the tibia under the same
conditions It was therefore concluded that the solution with 3 of Tween-80 and 10 of
propilenoglicol is the most appropriate for use in assays of EEG signals acquisition Thus in the final
part of the thesis was acquired EEG signals in 2 healthy volunteers over approximately 1 minute in
order to prove the effectiveness of the new electrode concept Resulting on very promising
acquisitions
Keywords bioelectrode impedance spectroscopy biochemical noise power spectral density signal
processing EEG
iv
v
Agradecimentos
Eacute com muita satisfaccedilatildeo que expresso aqui o mais profundo agradecimento a todos aqueles que
tornaram a realizaccedilatildeo deste trabalho possiacutevel
Gostaria antes de mais de agradecer ao meu orientador Prof Dr Joseacute Carlos Magalhatildees Duque
da Fonseca e ao Prof Dr Diamantino Rui da Silva Freitas coorientador da tese pela disponibilidade
pelos conhecimentos transmitidos pelas opiniotildees e criacuteticas e pela dedicaccedilatildeo e incentivo demonstrado
ao longo de todas as fases do projeto
A todos os colegas e pessoas que participaram neste estudo e sem os quais esta investigaccedilatildeo natildeo
teria sido possiacutevel
Agraves minhas amigas Inecircs Seco e Luzia Lampreia pelo companheirismo forccedila e apoio nos momentos
difiacuteceis
Agrave minha matildee por acreditar em mim e estar sempre presente por viver para me proteger pela
preocupaccedilatildeo amizade e apoio incondicional pela forccedila e garra que sempre demonstrou sendo por
isso o meu motivo de orgulho e modelo a seguir
Ao meu pai quem sempre me apoiou e transmitiu valores muito importantes por me ter ensinado
os aspetos da vida que realmente importam pela serenidade e paciecircncia que sempre demonstrou
por escutar sem julgar e sobretudo pela confianccedila e liberdade que sempre me concedeu
Estar-lhes-ei sempre grata pelos sacrifiacutecios que fizeram por mim
Ao meu mano por ser o meu confidente por me apoiar e dar na cabeccedila quando merecia por
cuidar de mim a toda hora e estar sempre disponiacutevel
Agrave minha avoacute Florinda que mesmo estando longe nesta fase da minha vida demonstrou que o
carinho quebra barreiras Quero agradecer-lhe pelo amor e pela forccedila que me ofereceu
vii
Iacutendice
Resumo i
Abstract iii
Agradecimentos v
Iacutendice vii
Lista de figuras ix
Lista de tabelas xiii
Abreviaturas e Siacutembolos xv
Capiacutetulo 1 Introduccedilatildeo 1
Capiacutetulo 2 Enquadramento teoacuterico 7 21 Sistema nervoso 7 211 Propagaccedilatildeo do sinal 8 22 Aquisiccedilatildeo do sinal 9 221 Eleacutetrodos 10 2211 Eleacutetrodos invasivos 11 2212 Eleacutetrodos natildeo invasivos 11 23 Interface do eleacutetrodo com a pele 12 231 Hidrataccedilatildeo da pele 13 2311 O gel para utilizaccedilatildeo com os eleacutetrodos 13 24 Teacutecnicas de revestimento da prata com cloreto de prata 14 25 Novo conceito de eleacutetrodo 15 26 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico 15 261 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio do tempo RMS e Deriva do potencial 18 262 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio das frequecircncias Densidade espectral 18 27 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo da impedacircncia 19
Capiacutetulo 3 Materiais e meacutetodos 23 31 Preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes 23 32 Produccedilatildeo dos novos eleacutetrodos 24 321 Produccedilatildeo da estrutura porosa de policarbonato 24 322 Preparaccedilatildeo dos eleacutetrodos de pratacloreto de prata 24 323 Montagem dos eleacutetrodos 25 33 Preparaccedilatildeo dos ensaios 25 34 Condiccedilotildees dos ensaios 25 341 Ensaios laquoIn vitroraquo 26 3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito 26 3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito 26
viii
342 Ensaios laquoIn vivoraquo 27 3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele 27 3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele 28 3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos 28 35 Implementaccedilatildeo em Matlab 29
Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos 31 41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo 31 411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos eleacutetrodos 31 412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na resposta ao
sistema 34 42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo 37
Capiacutetulo 5 Conclusotildees 47
Referecircncias 49
Anexos 51
ix
Lista de figuras
Figura 1 Eleacutetrodo de superfiacutecie comercial (Eleacutetrodo de controlo) 4
Figura 2 Corte transversal do bioeleacutetrodo de superfiacutecie em estudo com reservatoacuterio para a soluccedilatildeo hidratante 4
Figura 3 Representaccedilatildeo do fluxo ioacutenico durante o potencial de accedilatildeo (Adaptado de [16]) 8
Figura 4 Diagrama de blocos representativo de um sistema para aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos 9
Figura 5 Sistema internacional 10-20 para a colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos em EEG (Adaptado de [17]) 10
Figura 6 Representaccedilatildeo das ondas eletroencefalograacuteficas registadas durante um exame de EEG [5] 10
Figura 7 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da interface com a pele e o seu modelo de circuito eletroacutenico equivalente Adaptado de [14] 12
Figura 8 Eleacutetrodo de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios A representa o fio de prata B a soluccedilatildeo condutora C a esponja do reservatoacuterio e D material de policarbonato de natureza porosa onde se estabelece o contacto com a pele 15
Figura 9 Funccedilatildeo de um filtro passa-baixos 119860119895119891 16
Figura 10 Circuito representativo dos componentes do ruiacutedo do amplificador na entrada segundo o modelo Vn-In 17
Figura 11 Esquema representativo do ensaio potenciostaacutetico para mediccedilatildeo da impedacircncia 21
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato 24
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios 25
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo 27
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo
eletroquiacutemico 27
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia 28
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos 29
x
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os
correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 32
Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 33
Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 34
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 35
Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz
respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 36
Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 37
Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 38
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 39
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 40
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para
os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas 40
Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 42
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 42
Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos 43
xi
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso
com os olhos fechados 43
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 44
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 44
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos 45
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados 45
xiii
Lista de tabelas
Tabela 1 Classificaccedilatildeo convencional dos sinais de EEG tendo em conta a gama de frequecircncias em que se encontram com indicaccedilatildeo das situaccedilotildees tiacutepicas de ocorrecircncia [6] 2
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas 23
xv
Abreviaturas e Siacutembolos
Acroacutenimos
EEG Eletroencefalograma
NMF Natural moisturizer factor
PC Policarbonato
PCA Aacutecido carboxiacutelico da pirrolidona
PVC Policloreto de polivinilo
RMS Root mean square (Erro quadraacutetico meacutedio)
SNR ou SN Signal-to-noise ratio (Relaccedilatildeo sinal-ruiacutedo)
EIS Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica
ICM Interface ceacuterebro-maacutequina
Lista de siacutembolos
Ohm
1
Capiacutetulo 1 Introduccedilatildeo
Introduccedilatildeo
O eletroencefalograma (EEG) eacute o registo graacutefico dos potenciais eleacutetricos desenvolvidos no ceacuterebro
que eacute utilizado para o seu estudo Isto eacute feito atraveacutes de eleacutetrodos aplicados no couro cabeludo
diretamente na superfiacutecie encefaacutelica ou ateacute mesmo dentro da substacircncia encefaacutelica [1] O
procedimento foi descrito pela primeira vez pelo fisiologista alematildeo Emil du Bois-Reymond que
descobriu que a propagaccedilatildeo do estiacutemulo nervoso nos neuroacutenios resultava no surgimento de uma
corrente eleacutetrica Contudo soacute comeccedilou a ser usado em 1929 apoacutes Hans Berger (psiquiatra alematildeo)
ter conseguido obter a primeira imagem graacutefica das diferenccedilas de potencial presentes no ceacuterebro
[1][2] A combinaccedilatildeo dos diferentes sinais eacute captada pelos eleacutetrodos sob a forma de uma diferenccedila
de potencial entre cada par de eleacutetrodos (configuraccedilatildeo bipolar) ou entre cada eleacutetrodo e uma
referecircncia (configuraccedilatildeo monopolar) O princiacutepio baacutesico de obtenccedilatildeo dos traccedilados
eletroencefalograacuteficos (EEG) eacute a amplificaccedilatildeo dos sinais eleacutetricos atraveacutes da utilizaccedilatildeo de
amplificadores operacionais de instrumentaccedilatildeo [1][3][4] Estes dispositivos satildeo capazes de amplificar
pequenas diferenccedilas de potencial entre dois pontos do couro cabeludo gerando de seguida na forma
claacutessica por meio de um dispositivo chamado galvanoacutemetro de fio com registador e na forma atual
por meio de digitalizaccedilatildeo e impressatildeo um traccedilado graacutefico com diferentes formas de onda que podem
ser interpretados por especialistas na aacuterea [1][3]
Natildeo se sabe ainda interpretar completamente o significado das ondas do eletroencefalograma
mas sabe-se que estas satildeo geradas pela atividade sinaacuteptica dos neuroacutenios do coacutertex cerebral e pelas
informaccedilotildees neuro-eleacutetricas provenientes dos sistemas sensoriais Os traccedilados resultantes deste
exame quando o individuo se encontra acordado satildeo essencialmente dessincronizados isto eacute
compostos por ondas de tensotildees reduzidas e frequecircncias relativamente altas (ritmos alfa e beta)
Contudo quando o individuo se encontra a dormir e uma vez que nessa situaccedilatildeo o taacutelamo natildeo deixa
passar tatildeo facilmente a informaccedilatildeo que recebe os traccedilados dos potenciais sinaacutepticos do coacutertex
tornam-se menores menos variados e mais sincronizados [5] As ondas deste tipo podem ser descritas
atraveacutes da sua gama de frequecircncias ou de comprimentos de onda e periacuteodos associados e das
amplitudes sendo estas natildeo superiores aos 150 μV e a gama de frequecircncias encontrando-se entre os
05 e 60 Hz num EEG normal sendo portanto estes paracircmetros de grande importacircncia e a ter em
conta na anaacutelise destas ondas [6] Por convenccedilatildeo os sinais satildeo classificados em quatro bandas de
frequecircncia conforme ilustrado na Tabela 1
2
2
Tabela 1 Classificaccedilatildeo convencional dos sinais de EEG tendo em conta a gama de frequecircncias em
que se encontram com indicaccedilatildeo das situaccedilotildees tiacutepicas de ocorrecircncia [6]
ONDA FREQUEcircNCIA OCORREM DURANTE
Delta lt35 Hz Momentos do sono profundo
Theta 4-7 Hz Meditaccedilatildeo e relaxamento profundo
Alfa 8-13 Hz Estados mentais relaxados e no
sono
Beta gt13 Hz Estado normal de vigila
As designadas mediccedilotildees eletroencefalograacuteficas tecircm sido amplamente desenvolvidas e exploradas
por vaacuterios motivos que incluem a sua elevada resoluccedilatildeo temporal (na ordem dos milissegundos) e a
sua sensibilidade tanto agrave duraccedilatildeo como agrave intensidade da atividade neural resultado da sincronizaccedilatildeo
da atividade dos neuroacutenios Eacute tambeacutem uma teacutecnica muito atrativa uma vez que representa um
baixiacutessimo risco para os pacientes por ser um meacutetodo geralmente natildeo invasivo A teacutecnica EEG tem a
grande vantagem de possuir uma excelente resoluccedilatildeo temporal dos sinais Contudo sua principal
limitaccedilatildeo passa pela resoluccedilatildeo espacial uma vez que a propagaccedilatildeo da atividade eleacutetrica ao longo das
vias fisioloacutegicas e do cracircnio pode dar uma impressatildeo errada da localizaccedilatildeo da fonte da atividade
eleacutetrica resultando numa insuficiecircncia de detalhes espaciais para identificar as estruturas e funccedilotildees
relacionadas com a atividade eleacutetrica Todavia embora o sinal eleacutetrico tenha de ser transmitido
atraveacutes dos tecidos e isto provoca uma reduccedilatildeo da intensidade do sinal e pequenas distorccedilotildees assume-
se que esta atividade eacute a mesma tanto na superfiacutecie do coacutertex (local onde as ondas emergem) como
no escalpe (local onde as ondas satildeo coletadas) [5][7]
Na literatura aparecem relatos do uso de vaacuterios tipos de EEG para avaliar grupos de pacientes com
diferentes doenccedilas tais como tumores enxaquecas depressotildees e esquizofrenia no entanto na
clinica o EEG eacute sobretudo utilizado para diagnosticar doenccedilas vasculares cerebrais demecircncias e
encefalopatias [7][8][9] Todavia as aplicaccedilotildees hoje em dia para este tipo de sinais e seus sistemas
de eleacutetrodos satildeo inuacutemeras podendo-se destacar as interfaces ceacuterebro-maacutequina como uma das
principais Este tipo de interfaces procura atraveacutes das ondas produzidas no foro cerebral controlar
equipamentos sejam estes cliacutenicos ou natildeo Eacute possiacutevel detetar padrotildees de ativaccedilatildeo gerados pelo
ceacuterebro atraveacutes da colocaccedilatildeo de eleacutetrodos e anaacutelise dos sinais eletroencefalograacuteficos recolhidos tanto
no exterior como no interior da superfiacutecie encefaacutelica Os sinais captados indicam a atividade cerebral
do utilizador que apoacutes deteccedilatildeo e classificaccedilatildeo satildeo traduzidos para uma saiacuteda como por exemplo
o movimento de um cursor de um computador associado ao rato ou de qualquer dispositivo artificial
externo Os sinais de EEG natildeo-invasivos satildeo utilizados em aplicaccedilotildees de Interface ceacuterebro maacutequina
(ICM1) pois estes oferecem um niacutevel de qualidade de sinal aceitaacutevel que combina custos reduzidos e
facilidade de utilizaccedilatildeo[10]
Com o surgimento de outros meacutetodos de diagnoacutestico a utilizaccedilatildeo da eletroencefalografia entrou
em decaimento no entanto a associaccedilatildeo desta teacutecnica com o domiacutenio informaacutetico os seus baixos
1 ldquoA Interface ceacuterebro-maacutequina eacute um sistema que permite a interaccedilatildeo entre o utilizador e o meio que o cerca utilizando sinais de controlo gerados por meio da atividade cerebral O aprimoramento das pesquisas em ICM estaacute relacionado principalmente com os avanccedilos da neurofisiologia e computaccedilatildeo As pesquisas iniciais
dedicaram-se ao desenvolvimento de dispositivos de comunicaccedilatildeo de pessoas que perderam o controlo muscular voluntaacuterio (hellip)rdquo Mussatto Greice em [10] Atualmente satildeo frequentemente direcionados para auxiliar aumentar ou reparar a cogniccedilatildeo humana ou as funccedilotildees sensoriais e motoras
3
3
custos (quando comparados com as outras teacutecnicas) a facilidade na realizaccedilatildeo dos exames o pequeno
espaccedilo ocupado pelos equipamentos e a sua natureza inoacutecua vieram a dar-lhe um novo impulso
conquistando um lugar proeminente no diagnoacutestico de vaacuterias patologias cerebrais [11][12] Isso tornou
possiacutevel inclusive o mapeamento cerebral em escala de cores (a gradaccedilatildeo das cores relaciona-se
com a amplitude dos potenciais) muito popular atualmente As teacutecnicas para a obtenccedilatildeo e registo
foram por isso aprimoradas nos uacuteltimos anos evoluindo do registo em papel com um nuacutemero reduzido
de canais ao registo contiacutenuo em equipamentos de ateacute 256 canais acoplado ao registo de viacutedeo digital
atraveacutes de equipamentos dotados com sistemas wireless peccedilas de hardwares e softwares sofisticadas
para armazenamento de dados e complementar a anaacutelise visual atraveacutes da anaacutelise computacional
Contudo embora os avanccedilos informaacuteticos tenham sido importantes para o desenvolvimento desta
teacutecnica a questatildeo do eleacutetrodo a utilizar nas mediccedilotildees eacute essencial uma vez que os bioeleacutetrodos de
superfiacutecie satildeo responsaacuteveis pela captaccedilatildeo dos sinais na interface entre a pele e o equipamento de
aquisiccedilatildeo e registo sendo tambeacutem considerados o elo mais fraco na cadeia de aquisiccedilatildeo de sinal
(constituindo a maior fonte de ruiacutedo e de instabilidade) [12]
Existe uma vasta gama de eleacutetrodos disponiacuteveis incluindo eleacutetrodos de superfiacutecie descartaacuteveis ou
reutilizaacuteveis e eleacutetrodos profundos[13] Dentro dos eleacutetrodos profundos (intracranianos) mais
utilizados encontram-se os eleacutetrodos intracerebrais e os subdurais Eacute importante referir a existecircncia
destes eleacutetrodos contudo os eleacutetrodos abordados neste relatoacuterio satildeo os eleacutetrodos de superfiacutecie ou
seja aqueles que satildeo colocados sobre o escalpe Existem vaacuterias alternativas para a sua classificaccedilatildeo
todavia aqui seratildeo abordadas aquelas que se relacionam com a presenccedila ou ausecircncia de produtos
hidratantes utilizando o termo ldquoeleacutetrodos huacutemidosrdquo para aqueles que necessitam de uma soluccedilatildeo
hidratantegel e ldquoeleacutetrodos secosrdquo para aqueles que natildeo a exigem
Os principais tipos de eleacutetrodos utilizados na cliacutenica atualmente para a recolha de sinais
eletroencefalograacuteficos satildeo os eleacutetrodos de prata ouro e estanho Um eleacutetrodo do tipo Prata-Cloreto
de Prata (AgAgCl) (Figura 1) eacute um tipo de eleacutetrodo considerado como tendo caracteriacutesticas desejaacuteveis
de qualidade e estabilidade que o tornam em geral um eleacutetrodo de referecircncia no estado da arte
sendo vulgarmente utilizado em mediccedilotildees eletroquiacutemicas [14] Os fenoacutemenos que ocorrem quando
um eleacutetrodo metaacutelico entra em contacto com um eletroacutelito estatildeo na base da captaccedilatildeo dos sinais que
se pretende realizar Ocorre uma troca ioacutenica como resultado de uma reaccedilatildeo eletroquiacutemica associada
ao contacto Existindo uma tendecircncia para que os aacutetomos do metal percam eletrotildees e estes passem
para o eletroacutelito (oxidaccedilatildeo) fazendo assim com que o eleacutetrodo fique carregado negativamente no
que diz respeito ao eletroacutelito Contudo natildeo se trata de um processo estaacutetico e por conseguinte ocorre
igualmente a reaccedilatildeo contraacuteria ateacute se estabelecer o equiliacutebrio (reduccedilatildeo) [14] Este processo eacute descrito
pela Equaccedilatildeo de Nernst atraveacutes da qual eacute possiacutevel obter a constante de equiliacutebrio de uma
determinada reaccedilatildeo que envolva transferecircncia de eletrotildees Deste modo para uma reaccedilatildeo de
oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo (redox) temos
minus119899 119865119864 = minus119899 1198651198640 + 119877119879 119897119899 119876 hArr 119864 = 1198640 minus119877119879
119899119865119897119899 119876
( 1 )
Verifica-se que no ponto de equiliacutebrio o valor de Q pode ser descrito como K (contante de
equiliacutebrio da reaccedilatildeo) e considerando a constante universal dos gases perfeitos (R = 831 J K-1 mol-1 )
a carga eleacutetrica de uma mole de eletrotildees (F = 96485 Cmiddotmol-1) e que o ensaio decorre agrave temperatura
ambiente (T = 2982 K (25 degC)) obteacutem-se
E=E0-00257
nlnQ hArr 0=E0-
00257
nlnK hArr E0=
00257
nlnK hArr lnK=
n ∙ E0
00257
( 2 )
4
4
Onde Eordm se obteacutem a partir dos potenciais normais dos eleacutetrodos n eacute o nuacutemero de moles de eletrotildees
transferidos e Q eacute o quociente entre os produtos das atividades de produtos e reagentes na reaccedilatildeo
No caso da pele humana existem pequenas quantidades de NaCl (01-04) desta forma o aniatildeo
cloreto presente iraacute reagir com a prata do eleacutetrodo dando origem a uma diferenccedila de potencial
relacionado com a concentraccedilatildeo de cloreto [3] Portanto as trocas ioacutenicas que ocorrem na pele na
presenccedila deste eleacutetrodo satildeo representadas na ( 3
119860119892 + 119862119897minus 119860119892119862119897 + 119890minus ( 3 )
Este tipo de eleacutetrodos satildeo os mais utilizados hoje em dia na clinica
e satildeo fabricados como o nome o indica em prata agrave qual eacute aplicado um
revestimento de cloreto de prata Trata-se de um metal bem tolerado
pelo organismo humano que permite a obtenccedilatildeo de bons resultados
uma vez que aleacutem disso estes apresentam niacuteveis de ruido reduzidos e
natildeo satildeo facilmente polarizaacuteveis [3] no entanto a sua utilizaccedilatildeo exige
uma preparaccedilatildeo preacutevia da pele e a aplicaccedilatildeo de uma pasta condutora
(gel) que por vezes eacute desconfortaacutevel para o paciente sendo suscetiacutevel
de causar alergias e tornando o processo mais demorado uma vez que
a preparaccedilatildeolimpeza dos eleacutetrodos requer alguns cuidados e deve ser executada por um teacutecnico
Surgiu entatildeo a motivaccedilatildeo para criar novos eleacutetrodos secos que ultrapassassem estas dificuldades
dispensando a utilizaccedilatildeo do gel e a preparaccedilatildeo da pele todavia uma vez que o contacto liacutequido estaacute
ausente a impedacircncia interfacial eacute consideravelmente mais elevada (1 M contra 10-20 k)
refletindo-se numa maior sensibilidade ao movimento e de maneira geral na presenccedila de um maior
niacutevel de ruiacutedo o que exige preacute-amplificaccedilatildeo integrada Os custos associados agrave produccedilatildeo deste tipo de
eleacutetrodo satildeo tambeacutem mais elevados do que no caso dos eleacutetrodos convencionais
De modo a resolver estes problemas foi desenvolvido um novo
tipo de bioeleacutetrodo (Figura 2) [15] o qual tem a capacidade de
manter huacutemido o ponto de contacto com a pele evitando contudo
a utilizaccedilatildeo de pastas condutoras Este efeito foi conseguido usando
o princiacutepio da caneta de feltro o contacto com o escalpe eacute efetuado
a partir de vaacuterios pinos fabricados a partir de um poliacutemero poroso
acoplado a um pequeno reservatoacuterio com uma soluccedilatildeo hidratante os
pinos forneceratildeo entatildeo de forma controlada pelos efeitos
combinados da capilaridade e gravidade a soluccedilatildeo hidratante ao
ponto de contacto com o escalpe A sua forma oferece tambeacutem
muacuteltiplos pontos de contacto de modo a minimizar o ruiacutedo e obter
melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
O desenvolvimento destes eleacutetrodos compreenderaacute varias fases a primeira fase a implementar
seraacute a fabricaccedilatildeo da superfiacutecie porosa atraveacutes da compressatildeo de poacutes de policarbonato (PC) de seguida
seraacute feita a montagem dos diferentes componentes do eleacutetrodo nomeadamente a esponja o frio de
prata e o tubo de policloreto de polivinilo (PVC) que funcionaraacute como reservatoacuterio Finalmente seratildeo
preparadas e testadas vaacuterias soluccedilotildees com os mesmos componentes em diferentes concentraccedilotildees de
modo a concluir qual soluccedilatildeo fornece uma melhor hidrataccedilatildeo da pele otimizando assim os resultados
Figura 1 Eleacutetrodo de superfiacutecie comercial (Eleacutetrodo de controlo)
Figura 2 Corte transversal do bioeleacutetrodo de superfiacutecie em estudo com reservatoacuterio
para a soluccedilatildeo hidratante
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5
6
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7
7
Capiacutetulo 2 Enquadramento teoacuterico
Enquadramento teoacuterico
A EEG eacute um registo associado a uma teacutecnica cliacutenica que se baseia na aquisiccedilatildeo dos sinais produzidos
no coacutertex cerebral A obtenccedilatildeo dos mesmos eacute possiacutevel uma vez que aiacute existem ceacutelulas excitaacuteveis
capazes de conduzir os impulsos nervosos os neuroacutenios Estes impulsos geram correntes eleacutetricas
atraveacutes do corpo da ceacutelula ateacute uma zona chamada zona de disparo Neste local as correntes dirigem-
se ao espaccedilo extracelular provocando uma diferenccedila de potencial que desencadearaacute um novo estiacutemulo
na proacutexima ceacutelula e que contribuiraacute para a produccedilatildeo dos referidos sinais
21 Sistema nervoso
O sistema nervoso eacute responsaacutevel pela maioria das funccedilotildees de controlo no organismo coordenando
e regulando as atividades corporais Isto eacute feito atraveacutes da interpretaccedilatildeo e resposta a estiacutemulos Este
sistema eacute convencionalmente dividido em duas categorias o sistema nervoso central (SNC) que se
verifica tratar do desenvolvimento das respostas aos estiacutemulos e o sistema nervoso perifeacuterico (SNP)
o responsaacutevel pela conduccedilatildeo do estiacutemulo nervoso No caso do SNC podem distinguir-se vaacuterios oacutergatildeos
o enceacutefalo (constituiacutedo pelo ceacuterebro cerebelo e tronco encefaacutelico) e a espinal medula Jaacute no caso do
SNP esta divisatildeo eacute feita atraveacutes da distinccedilatildeo entre nervos cranianos ou espinhais [16] Os nervos satildeo
essencialmente um conjunto de axoacutenios e dendrites de vaacuterios neuroacutenios
Os neurocircnios que datildeo origem aos nervos satildeo ceacutelulas com capacidade excitatoacuteria capazes de
transmitir sinais nervosos Contudo as ceacutelulas da glia tambeacutem presentes no sistema nervoso
sobretudo nos nervos satildeo as principais responsaacuteveis pela propagaccedilatildeo orientada do estiacutemulo uma vez
que ao recobrirem o axoacutenio criam circuitos neuronais independentes [16]
Os axoacutenios transmitem pulsos eleacutetricos devido agrave presenccedila de canais ioacutenicos que abrem e fecham
de modo a controlar as concentraccedilotildees dos diferentes iotildees nos meios interno e externo da ceacutelula
8
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211 Propagaccedilatildeo do sinal
Um impulso nervoso origina a transmissatildeo de um sinal codificado ao longo da membrana do
neuroacutenio Para compreender esta transmissatildeo dentro do proacuteprio neuroacutenio eacute necessaacuterio conhecer o
conceito de potenciais de repouso e de accedilatildeo
N as fases em que se verifica existir potenciais de repouso os iotildees de soacutedio entram para a ceacutelula
atraveacutes de transporte passivo uma vez que a concentraccedilatildeo destes eacute menor no interior da ceacutelula (a
favor do gradiente de concentraccedilatildeo) Posteriormente daacute-se a sua expulsatildeo de forma ativa ao mesmo
tempo que entram iotildees de potaacutessio ativamente Finalmente os iotildees de potaacutessio voltam passivamente
ao exterior da membrana outorgando agrave ceacutelula uma carga positiva Diz-se entatildeo que esta se encontra
polarizada Nas ceacutelulas nervosas o potencial de membrana ronda os -90mV [6]
Os potenciais de accedilatildeo satildeo os responsaacuteveis pela propagaccedilatildeo do estiacutemulo nervoso contudo a sua
duraccedilatildeo natildeo ultrapassa alguns milissegundos (ver a Figura 3) Esta propagaccedilatildeo ocorre quando o
potencial de membrana que se encontra nos -90mV passa a ocupar valores de -50 a -70mV devido a
uma perturbaccedilatildeo externa de modo a responder a esta situaccedilatildeo ocorre a passagem por difusatildeo dos
iotildees de soacutedio para o interior da ceacutelula resultando na alteraccedilatildeo dos potenciais ateacute entatildeo negativos
para valores que podem chegar a +35mV De seguida a ceacutelula expulsa ativamente o soacutedio alterando
assim o potencial para aproximadamente -95mV Daacute-se entatildeo a repolarizaccedilatildeo atraveacutes da bomba de
Na+K+ ou seja a ceacutelula volta agraves condiccedilotildees iniciais [6]
Apoacutes um sinal ser transportando atraveacutes de um neuroacutenio eacute necessaacuterio que este seja comunicado
ao neuroacutenio seguinte de modo a manter a transmissatildeo do impulso Esta transferecircncia daacute-se em locais
especiacuteficos e pode ser feita eletricamente (atraveacutes de iotildees) ou quimicamente (atraveacutes de uma fenda
sinaacuteptica onde um neurotransmissor eacute libertado e se liga a recetores especiacuteficos do neuroacutenio poacutes-
sinaacuteptico) [6][16]
Figura 3 Representaccedilatildeo do fluxo ioacutenico durante o potencial de accedilatildeo (Adaptado de [16])
9
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22 Aquisiccedilatildeo do sinal
Eacute impossiacutevel medir a atividade eleacutetrica gerada por um uacutenico neuroacutenio contudo a aquisiccedilatildeo do
sinal electroencefalograacutefico soacute eacute possiacutevel graccedilas agrave emissatildeo parcialmente sincronizada do impulso
nervoso numa parte significativa do coacutertex cerebral Deste modo o EEG reflete o somatoacuterio da
atividade siacutencrona de milhares de neuroacutenios com uma orientaccedilatildeo espacial semelhante assessorando
assim a aquisiccedilatildeo de um sinal reprodutiacutevel e mensuraacutevel que possibilita uma interpretaccedilatildeo fidedigna
[16]
Esta teacutecnica permite o registo da atividade eleacutetrica do ceacuterebro Eacute um procedimento raacutepido
simples e indolor no qual os impulsos eleacutetricos do ceacuterebro satildeo amplificados e registrados em papel
atraveacutes de um galvanoacutemetro ou em formato digital O seu interesse prende-se natildeo soacute com os baixos
custos da teacutecnica como tambeacutem com a obtenccedilatildeo em tempo real destes sinais de modo a conseguir
diagnosticar eventuais anomalias
A EEG quando comparada com outras teacutecnicas como por exemplo o eletrocardiograma (ECG)
apresenta uma maior dificuldade na obtenccedilatildeo dos dados uma vez que a tensatildeo a captar eacute de muito
menor amplitude os sinais por vezes encontram-se na regiatildeo do ruiacutedo eleacutetrico e aleacutem disso os
amplificadores comuns natildeo fornecem uma banda de funcionamento que consiga amplificar o sinal de
forma eficaz o que exige a utilizaccedilatildeo de amplificadores especialmente desenhados [6] Contudo
estas limitaccedilotildees natildeo impediram o avanccedilo desta tecnologia Ao longo do tempo as teacutecnicas de obtenccedilatildeo
dos dados foram-se aprimorando tendo chegado na fase de maturidade agrave arquitetura ilustrada na
Figura 4 em que a saiacuteda eacute representada em papel desenhada por canetas conduzidas por mecanismos
controlados por galvanoacutemetros Hoje em dia os sistemas evoluiacuteram sobretudo na parte final atraveacutes
da digitalizaccedilatildeo dos sinais filtrados e seu armazenamento num dispositivo digital Desta forma torna-
se muito mais flexiacutevel a fase de visualizaccedilatildeo dos sinais que eacute feita em monitores graacuteficos de
computador bem como a fase de armazenamento e arquivo e criaccedilatildeo de fichas de exame A
digitalizaccedilatildeo permite o processamento digital dos sinais a fim principalmente de os caracterizar do
ponto de vista morfoloacutegico e assim contribuir para a classificaccedilatildeo do ponto de vista cliacutenico
Figura 4 Diagrama de blocos representativo de um sistema para aquisiccedilatildeo de sinais
eletroencefalograacuteficos
A EEG eacute realizada atraveacutes da colocaccedilatildeo de eleacutetrodos no couro cabeludo obedecendo o
posicionamento dos mesmos a regras especiacuteficas pois a sua localizaccedilatildeo influencia os sinais captados
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10
De modo a facilitar a comparaccedilatildeo dos resultados eacute habitualmente utilizado um sistema se
colocaccedilatildeo padratildeo chamado 10-20 (Figura 5) Segundo este padratildeo os locais onde os eleacutetrodos satildeo
colocados satildeo denominados por letras de acordo com as aacutereas cerebrais adjacentes seguidas de um
nuacutemero impar se o eleacutetrodo se encontrar no lado esquerdo da cabeccedila ou par se for no lado direito
[6]
Apoacutes a obtenccedilatildeo do sinal contiacutenuo de EEG eacute
possiacutevel distinguir vaacuterios tipos de ondas de acordo
com a sua amplitude e frequecircncia A amplitude das
ondas pode ir ateacute aos 200 μV e a frequecircncia ateacute 30Hz
A Figura 6 representa os diferentes tipos de ondas
As ondas delta satildeo ondas da mais baixa frequecircncia
e amplitudes elevadas que ocorrem em momentos do
sono profundo por outro lado as ondas teta
encontram-se na gama de frequecircncias de 4-7 Hz
contudo
continuam a apresentar grandes amplitudes e ocorrem
em estaacutegios de meditaccedilatildeo e relaxamento profundo as
ondas alfa apresentam por sua vez amplitudes meacutedias
e frequecircncias compreendidas entre os 8 e os 13 Hz
correspondendo a estados mentais relaxados no sono
Finalmente as ondas beta satildeo as de mais elevada
frequecircncia (gt13 Hz) com amplitudes de cerca de 10 μV
e ocorrem quando existe um estimulo visual ou no estado
normal de vigiacutelia [6]
221 Eleacutetrodos
Os eleacutetrodos constituem a interface entre o escalpe e o equipamento de mediccedilatildeo No caso de um
eleacutetrodo huacutemido quando a parte metaacutelica entra em contacto com o eletroacutelito tem lugar um processo
de oxidaccedilatildeoreduccedilatildeo de iotildeesaacutetomos que daacute lugar ao aparecimento de um potencial caracteriacutestico
As propriedades fiacutesico-quiacutemicas tanto do eleacutetrodo como do eletroacutelito afetam o valor do potencial
Quando eleacutetrodos idecircnticos satildeo submersos num eletroacutelito homogeacuteneo ambos assumem o mesmo
potencial com respeito ao eletroacutelito Contudo eleacutetrodos diferentes colocados nas mesmas condiccedilotildees
apresentam potenciais diferentes [6] Deste modo eacute sensato concluir que a amplitude do potencial
depende do material de que o eleacutetrodo eacute feito Por esse motivo os eleacutetrodos utilizados na cliacutenica satildeo
comumente produzidos com prata e cloreto de prata uma vez apresentam uma resistecircncia agrave passagem
Figura 5 Sistema internacional 10-20 para
a colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos em EEG
(Adaptado de [17])
Figura 6 Representaccedilatildeo das ondas eletroencefalograacuteficas registadas durante um
exame de EEG [5]
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de corrente natildeo elevada e os seus niacuteveis de impedacircncia satildeo estaacuteveis ao longo de uma ampla gama de
frequecircncias
Contudo o material natildeo eacute o uacutenico paracircmetro que varia para escolher um eleacutetrodo Dependendo
das necessidades existem tambeacutem variedades morfoloacutegicas como os eleacutetrodos invasivos e os natildeo-
invasivos
2211 Eleacutetrodos invasivos
Dentro dos eleacutetrodos invasivos (intracranianos) os mais utilizados satildeo os eleacutetrodos profundos
intracerebrais e os subdurais [13] Os primeiros consistem em eleacutetrodos em forma de agulha feitos
de material flexiacutevel com muacuteltiplos pontos de contacto para registo Satildeo ideais para o registo de
atividade em aacutereas distantes da superfiacutecie Proporcionam ainda um registo preciso da regiatildeo
volumeacutetrica adjacente a cada ponto de registo no entanto a extensatildeo da dita aacuterea eacute limitada [18]
Portanto o uso deste tipo de eleacutetrodos eacute ideal apoacutes os resultados dos exames natildeo-invasivos sugerirem
um ldquoalvordquo provaacutevel Os eleacutetrodos subdurais que podem ser do tipo placa ou tira de silicone com
muacuteltiplos contatos de registo satildeo ideais para o registo de aacutereas extensas do coacutertex [14] Contudo os
eleacutetrodos subdurais podem natildeo registar adequadamente alteraccedilotildees localizadas em profundidade
Este tipo de eleacutetrodos deve apresentar dimensotildees reduzidas de modo a que o dano provocado no
tecido cerebral seja miacutenimo Devem tambeacutem apresentar locais de aplicaccedilatildeo suficientes para recolher
potenciais de muitos neuroacutenios simultaneamente No entanto devido agrave sua natureza altamente
invasiva soacute satildeo usados em casos especiais em que o seu uso pode trazer grandes benefiacutecios para o
paciente
2212 Eleacutetrodos natildeo invasivos
O foco deste estudo centra-se nos eleacutetrodos natildeo invasivos eleacutetrodos colocados na superfiacutecie do
escalpe O contacto entre o eleacutetrodo e a pele eacute facilitado (impedacircncia reduzida) pela utilizaccedilatildeo de
gel e se for esse o caso estaacute-se perante o caso dos eleacutetrodos huacutemidos Contudo a aplicaccedilatildeo deste
gel requer uma preparaccedilatildeo preacutevia da pele que por vezes pode ser demorada suscetiacutevel de
desencadear reaccedilotildees aleacutergicas e desconfortaacutevel para o paciente [3] Surgiu entatildeo a alternativa dos
eleacutetrodos secos eleacutetrodos capazes de aquirir sinais que dispensam a utilizaccedilatildeo de soluccedilotildees todavia
como resultado da ausecircncia do gel ou pasta condutora a impedacircncia interfacial eacute muito mais elevada
tornando indispensaacutevel a integraccedilatildeo de um andar de preacute-amplificaccedilatildeo no eleacutetrodo
Procurando contornar as dificuldades de cada teacutecnica optou-se pelo desenvolvimento de um
bioeleacutetrodo inovador que dispensa a utilizaccedilatildeo de gel mas que apesar disso manteacutem um bom contacto
com a pele humidificando-a
Entre os materiais disponiacuteveis para a fabricaccedilatildeo de eleacutetrodos encontram-se o accedilo inoxidaacutevel o
ouro (Au) o oacutexido de iriacutedio (IrO2)) a prata (Ag) etc [14] tendo-se optado por utilizar um fio de
prata revestido com uma fina camada de cloreto de prata uma vez que os eleacutetrodos fabricados com
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este material apresentam niacuteveis de ruiacutedo reduzidos grande estabilidade do potencial eleacutetrico na gama
de frequecircncias utilizada e uma impedacircncia interfacial baixa [14][19]
23 Interface do eleacutetrodo com a pele
A pele eacute um oacutergatildeo que cobre e protege o corpo e que se observa estar organizado em muacuteltiplas
camadas Eacute composta de trecircs camadas principais a epiderme a derme e a hipoderme cada uma
delas com carateriacutesticas estruturais especiacuteficas que levam a diferentes niacuteveis de condutividade
eleacutetrica e que podem ser representados atraveacutes de modelos baseados em componentes eleacutetricos
baacutesicos [14] Podemos entatildeo do ponto de vista eleacutetrico simular os tecidos bioloacutegicos a partir de um
circuito eleacutetrico formado por resistecircncias e condensadores dispostos em redes com seacuteries e paralelos
agindo estes como condutores ou dieleacutetricos nos quais o fluxo de corrente seguiraacute o caminho de
menor oposiccedilatildeo (Figura 7) Um exemplo ilustrativo desta situaccedilatildeo estaacute representado para o stratum
corneum a camada mais perifeacuterica da epiderme como este tecido eacute relativamente pouco condutor
apresenta uma elevada impedacircncia agrave transmissatildeo das correntes eleacutetricas [20] Assim devido agraves suas
propriedades dieleacutetricas a sua pequena espessura e o seu posicionamento entre o eleacutetrodo condutor
exterior e os tecidos subjacentes mais condutores eacute possiacutevel a sua representaccedilatildeo por meio de um
condensador de placas paralelas
Figura 7 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da interface com a pele e
o seu modelo de circuito eletroacutenico equivalente Adaptado de [14]
O valor da capacidade eleacutetrica da pele estaacute relacionado com a espessura e composiccedilatildeo da camada
coacuternea e tem um valor tiacutepico no intervalo 002-006 microFcm2 [14]
Por outro lado uma vez que alguns iotildees conseguem atravessar o stratum corneum atraveacutes dos
elementos da pele (foliacuteculos do cabelo suor canais das glacircndulas sebaacuteceas imperfeiccedilotildees da pele)
isso pode ser representado coletivamente por uma resistecircncia que seraacute colocada em paralelo com o
condensador Como as camadas subjacentes agrave epiderme satildeo relativamente condutoras representam-
se por uma resistecircncia em seacuterie adicional A presenccedila de uma elevada densidade de foliacuteculos pilosos
(que atuam como derivaccedilotildees de baixa resistecircncia) daacute origem a um valor muito baixo na resistecircncia da
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pele No entanto esta observaccedilatildeo eacute contrabalanccedilada pela dificuldade em fazer contato mecacircnico e
eleacutetrico firme Em tais casos a impedacircncia da pele eacute muito elevada e por vezes eacute necessaacuterio recorrer
agrave remoccedilatildeo dos pelos antes de realizar o exame [14]
231 Hidrataccedilatildeo da pele
O processo de hidrataccedilatildeo da pele humana acontece por duas vias a interna e a externa [21] No
caso da via interna isto acontece quando os queratinoacutecitos migram atraveacutes da derme e sofrem
alteraccedilotildees significativas uma vez que paralelamente a esse processo satildeo libertados liacutepidos e o fator
de hidrataccedilatildeo natural da pele (NMF - Natural moisturizer factor) No caso dos liacutepidos estes formam
uma barreira para a perda de aacutegua e ajudam a reter a hidrataccedilatildeo natural da pele Jaacute no caso da
hidrataccedilatildeo por via externa esta acontece quando introduzimos na pele substacircncias cosmeacuteticas e
farmacecircuticas com capacidades de humedecer as camadas externas da pele para isso na produccedilatildeo
destas substacircncias satildeo utilizadas principalmente trecircs tipos de ingredientes (1) os humectantes que
Incluem a glicerina a ureia e o aacutecido carboxiacutelico da pirrolidona (PCA) que atuam atraindo a aacutegua das
camadas inferiores da derme e ajudando a manter essa aacutegua no estrato coacuterneo (2) os agentes oclusivos
que aumentam os niacuteveis de humidade proporcionando uma barreira fiacutesica para a perda de aacutegua (ceras
oacuteleos e silicones) (3) os emolientes que procuram restaurar os NMF [21]
2311 O gel para utilizaccedilatildeo com os eleacutetrodos
O gel utilizado nos eleacutetrodos serve para (1) assegurar um bom contacto eleacutetrico com a pele do
paciente (2) facilitar a transferecircncia de carga na interface eleacutetrodo-eletroacutelito e assim (3) diminuir
a impedacircncia do estrato coacuterneo [14]
Existem dois tipos de gel o gel huacutemido normalmente denominados como pasta creme ou
substacircncia gelatinosa e o hidrogel Os primeiros satildeo geralmente compostos por aacutegua um agente
espessante bactericidasfungicidas sais ioacutenicos e um surfatante O sal ioacutenico tem como finalidade
conferir condutividade eleacutetrica ao gel e diminuir a impedacircncia eleacutetrica da pele atraveacutes da sua difusatildeo
na mesma Normalmente os sais utilizados satildeo o cloreto de soacutedio (NaCl) ou de potaacutessio (KCl) uma vez
que a maior parte dos iotildees presentes na superfiacutecie da pele humana satildeo o cloreto o soacutedio e o potaacutessio
permitindo assim que elevadas concentraccedilotildees destes sais sejam melhor toleradas pelo corpo
[14][18][22] Por outro lado o hidrogel eacute um gel soacutelido que incorpora hidrocoloacuteides naturais no
entanto a utilizaccedilatildeo destes agentes naturais por vezes provoca desempenhos variaacuteveis e cores pouco
atrativas levando assim agrave utilizaccedilatildeo de hidrocoloacuteides artificiais de modo a eliminar variabilidades
indesejadas
O hidrogel tecircm tendecircncia a causar menos irritaccedilotildees na pele quando comparado com o gel huacutemido
porque o hidrogel limita-se a garantir um bom contato eleacutetrico entre a pele e o eleacutetrodo sem afetar
as propriedades do stratum corneum [14]
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O hidrogel eacute eletricamente mais resistivo do que o gel no entanto esta desvantagem eacute
compensada tanto pela utilizaccedilatildeo de maiores aacutereas com hidrogel como tambeacutem pela diminuiccedilatildeo da
espessura da camada do mesmo Contudo isto natildeo eacute suficiente uma vez que o hidrogel natildeo eacute tatildeo
eficaz na hidrataccedilatildeo da pele (tem tendecircncia a absorver humidade) dando assim como resultado um
aumento na impedacircncia da pele [14]
24 Teacutecnicas de revestimento da prata com cloreto de prata
Finas camadas de um determinado metal depositado sobre um substrato desemprenham
muitas vezes uma funccedilatildeo essencial em muitos dispositivos como por exemplo nos circuitos integrados
No caso dos eleacutetrodos eacute necessaacuterio revestir os fios de prata com finas camadas de cloreto de prata
com o intuito de auxiliar a concretizaccedilatildeo das trocas ioacutenicas referidas no capiacutetulo 1 equaccedilatildeo (1) de
modo a ter-se uma transduccedilatildeo do sinal ioacutenico num sinal eleacutetrico de forma eficaz e reversiacutevel Estas
camadas devem apresentar caracteriacutesticas rigorosamente controladas A espessura a estrutura
atoacutemica e a composiccedilatildeo quiacutemica devem ser uniformes [14][18] Eacute tambeacutem importante que exista
pouca ou nenhuma contaminaccedilatildeo por outras partiacuteculas
As propriedades dos filmes satildeo altamente dependentes dos processos de deposiccedilatildeo Estes
devem ter boa aderecircncia e prover uma boa cobertura Deste modo para a preparaccedilatildeo da prata para
eleacutetrodos a teacutecnica a utilizar deve ser a deposiccedilatildeo eletroquiacutemica atraveacutes de um processo que envolve
a deposiccedilatildeo de um material soacutelido por meio de uma reaccedilatildeo quiacutemica com ou sem recurso a energia
externa Neste caso os substratos de prata satildeo submersos numa soluccedilatildeo contendo um agente oxidante
(por exemplo cloreto feacuterrico) produzindo assim uma fina camada de cloreto de prata ( ( 4)
Ag + + FCl3 FeCl2 + Ag ( 4 )
Em geral a deposiccedilatildeo por electroless plating de um metal envolve a deposiccedilatildeo de um
revestimento metaacutelico a partir dos seus iotildees presentes num banho aquoso sobre uma superfiacutecie atraveacutes
de uma reaccedilatildeo de reduccedilatildeo quiacutemica controlada que eacute ativada pelo metal que estaacute a ser depositado
(reduzido) [23] Os revestimentos obtidos atraveacutes da implementaccedilatildeo desta teacutecnica satildeo geralmente
uniformes duros com elevadas resistecircncias agrave corrosatildeo e ao desgaste e apresentam baixo coeficiente
de fricccedilatildeo [24][25]
Existe contudo uma enorme variedade de meacutetodos eletroquiacutemicos que permitem a
oxidaccedilatildeodeposiccedilatildeo de finas camadas de cloreto de prata tais como a deposiccedilatildeo assistida por plasma
ou por feixes de iotildees o sputtering a deposiccedilatildeo quiacutemica e a deposiccedilatildeo fiacutesica em fase de vapor etc
[25] Todavia a execuccedilatildeo destes processos envolve a utilizaccedilatildeo de equipamentos altamente
especializados em ambiente de vaacutecuo vaacuterias soluccedilotildees e um campo eleacutetrico de modo a possibilitar a
transformaccedilatildeo de energia quiacutemica em energia eleacutetrica e vice-versa Finalmente um meacutetodo tambeacutem
bastante usado eacute a sinterizaccedilatildeo de poacute de cloreto de prata sobre o substrato metaacutelico dando origem
a um revestimento espesso e poroso
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25 Novo conceito de eleacutetrodo
O desenvolvimento do novo tipo de bioeleacutetrodo busca
colmatar as lacunas presentes nos eleacutetrodos disponiacuteveis
comercialmente (dos tipos huacutemido e seco) Tentando manter as
melhores carateriacutesticas de cada tipo de eleacutetrodo Para isso eacute
necessaacuterio desenvolver o eleacutetrodo com materiais condutores que
possibilitem as trocas ioacutenicas e aleacutem disso tenha a capacidade
de manter huacutemido o ponto de contacto com a pele de forma a
diminuir a impedacircncia na interface mas sem usar pastas ou gel
que sujam a pele
A hidrataccedilatildeo da pele por via externa nos ensaios a
realizar eacute feita atraveacutes da aplicaccedilatildeo de diferentes soluccedilotildees
hidratantes que se encontram embebidas numa esponja num
reservatoacuterio existente no eleacutetrodo (Figura 8) Estas soluccedilotildees tecircm a capacidade de migrar atraveacutes do
eleacutetrodo atraveacutes do efeito de capilaridade e gravidade uma vez que a base do eleacutetrodo eacute feita de
policarbonato com porosidade aberta adequada ao fenoacutemeno da capilaridade
O desenvolvimento deste bioeleacutetrodo inovador possibilita tambeacutem uma colocaccedilatildeo raacutepida
coacutemoda e segura Uma vez que estes passam a ser colocados com uma touca
Finalmente eacute tambeacutem importante referir que a forma do eleacutetrodo em multipino permitiraacute
numerosos pontos de contacto de modo a minimizar a impedacircncia do mesmo contribuindo para a
obtenccedilatildeo de melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
26 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
O ruiacutedo eacute um sinal interferente de natureza aleatoacuteria que provoca a degradaccedilatildeo de sinal
durante o seu processamento Em eletroacutenica diz respeito a quaisquer correntes ou tensotildees indesejadas
que mascaram o sinal que realmente interessa
Nos dispositivos e circuitos eletroacutenicos existem inuacutemeras fontes de ruiacutedo dai a importacircncia
na sua caraterizaccedilatildeo
Um tipo importante de ruiacutedo eacute o ruiacutedo de Johnson-Nyquist presente nos portadores de carga
e em todos os elementos com resistecircncia eleacutetrica Este tipo de ruiacutedo eacute caraterizado por uma densidade
espectral de potecircncia (do inglecircs power spectral density - PSD) uniforme e forma de onda gaussiana
[26]
O ruiacutedo de Johnson-Nyquist eacute comumente chamado ruiacutedo teacutermico e a sua tensatildeo eficaz pode
ser calculado atraveacutes da ( 5 para uma resistecircncia eleacutetrica R
Vt= radic4∙k∙T∙B∙R=radic16times1020
∙B∙R ( 5 )
Figura 8 Eleacutetrodo de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios A representa o fio de prata B a soluccedilatildeo condutora C a esponja do reservatoacuterio e D material de policarbonato de natureza porosa onde se estabelece o contacto com a pele
16
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onde k representa a constante de Boltzmann em JK T a temperatura da resistecircncia em K B
a banda equivalente de ruiacutedo e R o valor da resistecircncia em Ohm
Para o caacutelculo da banda equivalente de ruiacutedo considera-se que o sistema tem uma funccedilatildeo de
transferecircncia do tipo 1198810
119881119894frasl = 119860(119895119891) e estaacute sujeito a uma entrada de ruiacutedo de PSD 119878119881119894
Deste modo
obtemos que o valor meacutedio da tensatildeo de ruiacutedo na saiacuteda para um amplificador seraacute
1198811198990
2 = int 119878119881119894 |A(jf)|2 partfinfin
0
( 6 )
Sendo |119860(119895119891)| usualmente uma funccedilatildeo do tipo
Figura 9 Funccedilatildeo de um filtro passa-baixos |119912(119947119943)|
Uma vez que as regiotildees sombreadas satildeo iguais pode-se simplificar o caacutelculo atraveacutes da aacuterea
de um retacircngulo com a mesma aacuterea que o quadrado da funccedilatildeo de transferecircncia Temos entatildeo que a
banda equivalente eacute dada por
B=1
|A0|2int |A(jf)|2 partf
infin
0
( 7 )
Outro tipo de ruiacutedo presente nos equipamentos eletroacutenicos que eacute interessante estudar eacute o
ruiacutedo ldquoshotrdquo ou ruiacutedo de corrente (Ish) que como o nome indica estaacute associado agrave corrente DC que
flui atraveacutes de uma barreira de potencial e pode ser representado por
Ish= radic2∙q∙IDc∙B ( 8 )
Onde q representa a carga eletroacutenica em coulomb e IDC a corrente contiacutenua meacutedia em ampere
Finalmente outro tipo de ruiacutedo a estudar seraacute o ruiacutedo 1f ldquoflickerrdquo ou ruiacutedo de contacto (If)
que ocorre devido agraves diferenccedilas nos niacuteveis de energia eleacutetricos quando existe um contato imperfeito
entre dois materiais Este tipo de ruiacutedo pode ser calculado atraveacutes de
119868119891 = 119870 ∙ 119868119863119888 ∙ radic119861
radic119891 ( 9 )
Onde K eacute um valor constante que depende do material e da geometria
A baixas frequecircncias este ruiacutedo eacute chamado de ruiacutedo ldquo1frdquo devido agrave tendecircncia caracteriacutestica
de decrescimento com a frequecircncia Eacute importante notar que a magnitude do ruido ldquoflickerrdquo pode ser
17
17
muito grande para pequenas frequecircncias o que leva a que seja a forma de ruiacutedo predominante em
circuitos de baixa frequecircncia
Considerando o ruiacutedo total como adiccedilatildeo das contribuiccedilotildees dos vaacuterios tipos de ruiacutedo na
configuraccedilatildeo eleacutetrica adotada para um amplificador pode-se considerar que o ruiacutedo na entrada segue
a representaccedilatildeo da Figura 10 da qual eacute possiacutevel retirar que
1198681198992 =
1198811198991199052 minus 119881119899
2 minus 1198811199052
1198771199042 ( 10 )
Na praacutetica In pode ser calculado atraveacutes da PSD do ruiacutedo total obtido com uma resistecircncia
elevada de modo a que 1198811198990≫ 119860radic119881119899
2 ∙ 1198811199052 e que Vn eacute a PSD do sistema com a entrada em curto circuito
Figura 10 Circuito representativo dos componentes do ruiacutedo do amplificador na entrada segundo o modelo Vn-In
No corpo humano a captaccedilatildeo dos biopotenciais no escalpe estaacute sujeita agrave presenccedila de ruiacutedo
eleacutetrico intriacutenseco indesejado na interface eleacutetrodogelpele que faz com que o processo de deteccedilatildeo
e anaacutelise dos sinais bioloacutegicos reais seja mais complicado Eacute necessaacuterio por isso caracterizar e
conhecer a magnitude e origem destas flutuaccedilotildees de modo a caraterizar a qualidade dos eleacutetrodos
desenvolvidos
O ruiacutedo eleacutetrodo-pele pode estar ligado agrave interface entre o eleacutetrodo e o eletroacutelito ou entatildeo
agrave interface eletroacutelito-pele No primeiro caso esta situaccedilatildeo pode ser mensurada atraveacutes da colocaccedilatildeo
de eleacutetrodos do mesmo tipo um contra o outro Por outro lado o ruiacutedo produzido pela interface
eletroacutelito-pele deve ser mensurado de uma forma indireta atraveacutes do contacto direto entre o eleacutetrodo
e a pele Nesta situaccedilatildeo o ruiacutedo eacute tipicamente mais elevado do que o que se obteacutem na interface
eleacutetrodo-eletroacutelito [3] Uma vez que os resultados obtidos nestes ensaios dependem diretamente do
estado da pele eacute importante garantir um tratamento preacutevio adequado
18
18
261 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio do tempo RMS e Deriva do potencial
A raiz do valor quadraacutetico meacutedio RMS (do inglecircs root mean square) ou valor eficaz eacute uma
medida estatiacutestica da magnitude de uma quantidade variaacutevel que pode ser calculada atraveacutes da
expressatildeo
120600119877119872119878 = radic1
119873 sum120600119894
2
119873
119894=1
= radic1206001
2 + 12060022 + ⋯+ 120600119873
2
119873 ( 11 )
Nos sinais a estudar satildeo calculados os valores RMS da parte alternada do sinal em intervalos
de tempo sucessivos Destes valores eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees acerca da evoluccedilatildeo temporal do
sinal assim como a quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo
Por outro lado a deriva do potencial eacute calculada recorrendo agrave primeira derivada do sinal nos
diferentes pontos pela componente contiacutenua do sinal sendo portanto de natureza lenta Eacute possiacutevel
por isso analisar a deriva do potencial e o tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema atraveacutes do recurso desde
caacutelculo
262 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio das frequecircncias Densidade espectral
A densidade espectral de potecircncia PSD eacute definida pela transformada de Fourier da funccedilatildeo
de autocorrelaccedilatildeo (Rxx (120591)) de um processo estacionaacuterio ou seja
Teorema de Wiener-Khintchine 119878119909(119891) = F[Rxx(120591)]= int Rxx(120591)119890minus 1198952120587119891120591119889120591infin
minusinfin
( 12 )
Por outras palavras a PSD descreve a distribuiccedilatildeo da variacircncia de um processo aleatoacuterio no
domiacutenio da frequecircncia [27][28]
No Matlab esta estimaccedilatildeo eacute feita atraveacutes da funccedilatildeo pwelch jaacute implementada esta segue o
meacutetodo Welch para o caacutelculo da PSD Este meacutetodo eacute baseado no conceito de utilizaccedilatildeo de
periodogramas de estimaccedilatildeo espectral que satildeo o resultado da conversatildeo de um sinal no domiacutenio
temporal para o domiacutenio da frequecircncia [29] Para isso o meacutetodo Welch segue o fundamento do
meacutetodo Bartlett contudo permite a sobreposiccedilatildeo de segmentos [30]
O meacutetodo Bartlett consiste primeiramente na divisatildeo do segmento original de N amostras em
K segmentos de comprimento M Para cada segmento eacute obtido o periodograma calculado atraveacutes da
transformada discreta de Fourier de seguida eacute calculado o quadrado do resultado e dividido por M
Finalmente eacute feita a meacutedia do resultado dos periodogramas para todos os segmentos de K amostras
resultando num uacutenico vetor de potenciais em funccedilatildeo da frequecircncia Ou seja a reparticcedilatildeo da potecircncia
ao longo do espetro [28]
19
19
27 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo da impedacircncia
Um sistema eletroquiacutemico eacute aquele onde haacute a presenccedila de pelo menos uma fase condutora
eletroacutenica (eleacutetrodo) em contato direto com uma fase condutora ioacutenica (eletroacutelito) as quais originam
a interface eleacutetrodo-eletroacutelito onde se forma duma dupla camada eleacutetrica
A mediccedilatildeo da impedacircncia eletroquiacutemica em modo potenciostaacutetico eacute feita atraveacutes da
aplicaccedilatildeo de um sinal de potencial eleacutetrico sinusoidal 119881(119905) com cerca de 5 a 20 mV numa ceacutelula
eletroquiacutemica Satildeo medidas a resposta na forma de corrente eleacutetrica 119868(119905) e diferenccedila de fase entre
o sinal de potencial e o sinal da corrente [31] Ao medir a corrente alternada que atravessa a ceacutelula
eletroquiacutemica obtemos a impedacircncia Z da forma convencional 119885 = 119881119868 [32] Refira-se que a obtenccedilatildeo
da impedacircncia pode igualmente ser feita impondo uma perturbaccedilatildeo de corrente e medindo o
potencial A impedacircncia do eleacutetrodo reflete entatildeo a capacidade do eleacutetrodo para transferir carga a
determinada frequecircncia [32][33]
Deste modo tem-se se os valores da tensatildeo alternada V(t) e da intensidade I(t) forem
representados por
V(t)=V0∙ cos ωt
( 13 )
I(t)=I0∙ cos (ωt+φ) ( 14 )
No qual V0 representa a amplitude de pico do sinal 120596 a frequecircncia angular (120596 = 2120587119891) I0 a
amplitude do sinal de corrente e 120593 a diferenccedila de fase entre os dois sinais
Pela equaccedilatildeo de Euler
eiφ= cos φ +j sin φ ( 15 )
temos entatildeo que se φ=120596119905
V(t)= V0∙Re(ejωt) ( 16 )
representando essa tensatildeo alternada como uma parte real de uma grandeza complexa
temos que V(t) eacute equivalente a
V(t)=V0∙Re(119888119900119904120596119905 + 119895 ∙ 119904119894119899 120596119905) ( 17 )
Por outro lado atendendo agrave Equaccedilatildeo de Euler acima descrita a corrente eleacutetrica gerada
por um elemento de circuito em resposta a uma tensatildeo alternada pode ser escrita como
I(t)=I0∙Re(119890(120596119905+120593))
( 18 )
Deste modo a impedacircncia fica
Z(ω)=Z0∙ejφ
( 19 )
e aplicando a equaccedilatildeo de Euler
Z(ω)=Z ( cos φ + j sin φ ) ( 20 )
20
20
Obtemos uma equaccedilatildeo composta de uma parte real e uma parte imaginaacuteria possibilitando
assim a sua representaccedilatildeo num plano cartesiano onde a parte real corresponderaacute ao eixo das abcissas
e a parte imaginaria ao eixo das ordenadas (Diagrama de Nyquist)
Pode-se tambeacutem representar a impedacircncia como um vetor no plano complexo
Z (ω)=Re[Z(ω)]i +Im[Z(ω)]j ( 21 )
E se Z0 for o moacutedulo da impedacircncia a parte real de 119885(120596) escreve-se
Z=Z0∙ cos φ
( 22 )
sendo a parte imaginaacuteria representada por
Z=Z0∙ sin φ
( 23 )
que segundo a representaccedilatildeo de Fresnel corresponde a
Z(ω)=Z+ j Z
( 24 )
ou seja
1198850=|Z(ω)|=radicZ2+ Z
2 ( 25 )
e
tan φ = Z
Zfrasl ( 26 )
Os diagramas de Nyquist satildeo uacuteteis para reconhecer o tipo de processo envolvido Os diagramas
de Bode por outro lado mostram a dependecircncia direta do acircngulo de fase com a frequecircncia Este
uacuteltimo eacute particularmente interessante em escalas de frequecircncia muito diferentes uma vez que eacute
frequentemente representado atraveacutes da escala logariacutetmica portanto os resultados nos capiacutetulos
subsequentes seratildeo apresentados neste formato
21
21
A teacutecnica de Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica (do inglecircs Electrochemical
Impedance Spectroscopy - EIS) fornece uma visatildeo completa e detalhada das caracteriacutesticas eleacutetricas
da interface eleacutetrodo-eletroacutelito quando efetuada
numa gama suficientemente largada de frequecircncias
Na Figura 11 estaacute representado um esquema da
montagem experimental para mediccedilatildeo da
impedacircncia As reaccedilotildees eletroquiacutemicas satildeo em
essecircncia reaccedilotildees quiacutemicas em que ocorrem
transferecircncia de eletrotildees para um eleacutetrodo e como
regra ocorrem de acordo com princiacutepios quiacutemicos
gerais Haacute contudo certas caracteriacutesticas das
reaccedilotildees eletroquiacutemicas que satildeo uacutenicas Algumas
delas envolvem a transferecircncia de eletrotildees atraveacutes
de uma interface (reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo) o
que acarreta uma dependecircncia com as dimensotildees e
aacuterea do eleacutetrodo assim como tambeacutem das
propriedades da interface com o eleacutetrodo
Eacute habitual que os eleacutetrodos de AgAgCl apresentem potenciais relativamente baixos e
estaacuteveis Portanto a deposiccedilatildeo da camada de AgCl estabilizaraacute o potencial do eleacutetrodo e reduziraacute os
niacuteveis de impedacircncia Eacute de salientar que impedacircncias aceitaacuteveis para os eleacutetrodos de superfiacutecie devem
encontrar-se abaixo dos 5 k uma vez que quanto maior a impedacircncia maior seraacute a resistecircncia do
eleacutetrodo agrave passagem de corrente No entanto valores de 10 k ou mesmo 40 K ainda satildeo
considerados aceitaacuteveis dependendo dos autores [34][35]
Figura 11 Esquema representativo do ensaio potenciostaacutetico para mediccedilatildeo da impedacircncia
22
22
23
23
Capiacutetulo 3 Materiais e meacutetodos
Materiais e meacutetodos
31 Preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes
Na preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes dissolveu-se cloreto de soacutedio (NaCl) em aacutegua
adicionando de seguida um tensioativo (tweencopy-80) e um humectante (propilenoglicol) As
concentraccedilotildees destes componentes variaram nas 3 soluccedilotildees conforme referido na Tabela 2 Conveacutem
referir que cada componente foi dissolvido em constante e contiacutenua agitaccedilatildeo numa placa de
agitaccedilatildeo tendo-se misturado primeiro o propilenogicol com o tweencopy e soacute depois com os restantes
compostos
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas
COMPONENTE INFORMACcedilAtildeO DO COMPONENTE SOLUCcedilAtildeO
1 2 3
NaCl (mV) VWR-BDH Prolabo Lote 27810295
09 09 09
Tweencopy-80 (VV) Acofarma
Lote 130287 3 3 5
Propilenoglicol(VV) Acofarma
Lote 131337 10 30 30
Aacutegua (VV) - qbp 100 qbp 100 qbp 100
A biocompatibilidade das mateacuterias-primas empregues para a obtenccedilatildeo das soluccedilotildees torna este
novo conceito de eleacutetrodo uma alternativa promissora para utilizaccedilatildeo cliacutenica Esta biocompatibilidade
estaacute inversamente relacionada com a concentraccedilatildeo de cloretos de soacutedio ou seja quanto menor a
concentraccedilatildeo tanto maior a biocompatibilidade das soluccedilotildees Por esse motivo as soluccedilotildees
desenvolvidas contavam com pequenas concentraccedilotildees de sais de modo a ser o mais semelhante
possiacutevel aos componentes ioacutenicos da proacutepria pele humana
24
24
32 Produccedilatildeo dos novos eleacutetrodos
321 Produccedilatildeo da estrutura porosa de policarbonato
A produccedilatildeo da estrutura porosa (wicks) foi realizada atraveacutes da sinterizaccedilatildeo de poacutes de
policarbonato (PC)
No que diz respeito ao processo de fabrico propriamente
dito o primeiro passo consistiu na moagem da mateacuteria-prima
(policarbonato) de seguida estas partiacuteculas foram sinterizadas
atraveacutes de um equipamento designado por cilindro de sinterizaccedilatildeo
Este cilindro foi aquecido a uma temperatura de asymp170degC e atingida
esta gama de temperaturas colocaram-se as partiacuteculas no molde
ldquoWickrdquo com as dimensotildees apresentadas na Figura 12 que se
encontrava dentro do cilindro central Procedeu-se
imediatamente ao encaixe do pistatildeo no cilindro central Para
finalizar mergulhou-se em aacutegua fria o cilindro central contendo o
molde deixando de seguida secar agrave temperatura ambiente [36]
322 Preparaccedilatildeo dos eleacutetrodos de pratacloreto de prata
Para a deposiccedilatildeo da camada de cloreto de prata nos fios de prata recorreu-se a uma teacutecnica
de deposiccedilatildeo quiacutemica Para isso os fios de prata (Ag) (diacircmetro = 250 miacutecron 9999 Goodfellow
Cambridge) foram oxidados com uma soluccedilatildeo de cloreto de ferro (III) (MERCK Lote 7705-08-0) apoacutes
um preacute-tratamento que permitiu a remoccedilatildeo de impurezas e sujidades presentes na superfiacutecie dos fios
Este preacute-tratamento consistiu na limpeza da superfiacutecie dos fios com 2-propanol e posterior imersatildeo
dos mesmos numa tina de ultrassons com 2-propanol durante 10 minutos De seguida mergulharam-
se os fios de prata em aacutegua destilada de forma a remover todo o 2-propanol presente Finalmente
o processo de oxidaccedilatildeo consistiu em submergir os fios de prata numa soluccedilatildeo aquosa de FeCl3 50 mM
durante 2 minutos ao finalizar este periacuteodo foram armazenados durante 24h num recipiente revestido
com folha de alumiacutenio que possuiacutea uma soluccedilatildeo de HCl 01M para estabilizaccedilatildeo Os fios que natildeo foram
utilizados imediatamente foram armazenados num recipiente revestido com folha de alumiacutenio com
uma soluccedilatildeo de HCl 0005M O comprimento de cada fio de prata eacute aproximadamente de 8 cm
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato
25
25
323 Montagem dos eleacutetrodos
Apoacutes o fabrico da estrutura porosa e da preparaccedilatildeo dos
fios de prata procedeu-se agrave montagem dos eleacutetrodos para isso
cortaram-se pequenas porccedilotildees de uma esponja em poliuretano
com configuraccedilatildeo ciliacutendrica e um diacircmetro semelhante ao da
parte superior da estrutura porosa De seguida atravessou-se esta
esponja com o fio de prata e inseriu-se o conjunto ldquoesponja +
arame de pratardquo dentro de um orifiacutecio superior que a estrutura
porosa possui Finalmente incorporou-se esta estrutura dentro de
um tubo de PVC de modo a atingir a configuraccedilatildeo apresentada na
Figura 13
33 Preparaccedilatildeo dos ensaios
Antes do iniacutecio dos ensaios os eleacutetrodos foram previamente lavados com 2-propanol e
colocados na estufa de modo a evaporar os resiacuteduos do aacutelcool Posteriormente foi aplicada a soluccedilatildeo
hidratante que se pretendia estudar de modo a que a esponja ficasse completamente embebida Desta
forma por uma parte os novos eleacutetrodos em estudo foram testados recorrendo agraves soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 e por outra os eleacutetrodos que serviram como controlo (eleacutetrodo de AgAgCl
(BIO EASYCAP GmbH Alemanha)) utilizaram o gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) Foram tambeacutem utilizados eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) como referecircncia
Para os estudos eletroquiacutemicos incorporaram-se os eleacutetrodos numa montagem constituiacuteda por
um potenciostatogalvanostato Gamry G-300 (Gamry Instruments USA) De modo a diminuir o ruiacutedo
eletroacutenico os ensaios foram todos realizados dentro de uma Gaiola de Faraday Eacute importante referir
que uma vez o nosso sistema de aquisiccedilatildeo de dados era ldquoearth groundedrdquo seguiu-se a sugestatildeo da
bula do Gamry e optou-se unicamente por ligar o ldquofloating groundrdquo agrave gaiola
34 Condiccedilotildees dos ensaios
A primeira parte do trabalho foi desenvolvida laquoIn vitroraquo com eleacutetrodos multipino foi feito
entatildeo um estudo do ruido eletroquiacutemico entre eleacutetrodos do mesmo tipo nas diferentes soluccedilotildees
referidas na Tabela 2 De seguida realizou-se um estudo das impedacircncias dos novos eleacutetrodos nas
diferentes soluccedilotildees seguidos por um estudo de controlo realizado nas mesmas condiccedilotildees com o
eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente e o correspondente gel hidratante Estes ensaios foram
reproduzidos 3 vezes uma vez que em estudos anteriores jaacute se tinha verificado uma boa
reprodutibilidade dos ensaios
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios
26
26
Na segunda fase dos estudos realizou-se uma avaliaccedilatildeo do ruido da impedacircncia vs frequecircncia
laquoIn vivoraquo com as diferentes soluccedilotildees Estes ensaios foram realizados em 8 voluntaacuterios saudaacuteveis 6 do
sexo feminino e 2 do masculino Deste modo consegue-se escolher uma soluccedilatildeo para avanccedilar ao
estaacutegio seguinte que consistia na mediccedilatildeo e comparaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos obtidos tanto
com os eleacutetrodos de controlo como com os eleacutetrodos multipino porosos com a soluccedilatildeo hidratante mais
adequada Os resultados foram obtidos com a participaccedilatildeo de 2 voluntaacuterios saudaacuteveis de ambos sexos
341 Ensaios laquoIn vitroraquo
3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito
Nos ensaios de ruiacutedo eletroquiacutemico apenas foram utilizados eleacutetrodos multipino porosos
Fig14 (b) sendo um ligado ao terminal do eleacutetrodo de trabalho e o outro ao terminal do eleacutetrodo de
referecircncia A distacircncia entre os eleacutetrodos foi controlada durante o decorrer dos ensaios optando-se
por uma distacircncia de 3 cm entre os dois eleacutetrodos Foi tambeacutem realizada uma montagem de controlo
nas mesmas condiccedilotildees contudo esta era constituiacuteda por dois eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel
Electro-Cap International Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA)
Estabelecida a montagem do sistema eletroacutenico procedeu-se agrave mediccedilatildeo do ruiacutedo eleacutetrico em
circuito aberto para isso recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software ldquoESA410 Data Acquisitionrdquo da Gamry
um software projetado especificamente para a aquisiccedilatildeo e anaacutelise de sinais de ruiacutedo eletroquiacutemico
[37] Para aquisiccedilatildeo dos dados o ESA410trade associa-se ao potenciostato Gamry que faz aquisiccedilatildeo dos
dados em modo potenciostaacutetico a recolha dos dados eacute feita em circuito aberto O teste para cada
eleacutetrodo foi realizado ao longo de 12 minutos com uma taxa de amostragem constante de 1000 Hz
ao longo de todo o teste e um filtro de 10 A frequecircncia de amostragem foi escolhida tendo em conta
o Teorema de Nyquist que afirma que a frequecircncia de amostragem de um sinal analoacutegico para que
possa posteriormente ser reconstituiacutedo com o miacutenimo de perda de informaccedilatildeo deve ser igual ou maior
a duas vezes a maior frequecircncia do espectro desse sinal 119861 le119891119904
2 Por outras palavras a frequecircncia
maacutexima do sinal de entrada deveraacute ser menor ou igual a metade da taxa de amostragem [38] Para
que isto seja conseguido o sistema incorpora um filtro passa-baixo ldquoanti-aliasrdquo (deixa passar baixas
frequecircncias mas atenua as frequecircncias maiores do que a frequecircncia de Nyquist) [39]
3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito
Na montagem eletroacutenica dos ensaios de impedacircncia o contra eleacutetrodo era representado por
um eleacutetrodo comercial de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) o eleacutetrodo de trabalho um
eleacutetrodo poroso multipino (cada ensaio com as suas diferentes soluccedilotildees) e o eleacutetrodo de referecircncia
um eleacutetrodo de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) Fig14 (a) Optou-se tambeacutem pela
27
27
implementaccedilatildeo de um controlo com eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap International
Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap International Inc USA)
A obtenccedilatildeo dos dados eacute feita atraveacutes da teacutecnica de espectroscopia de impedacircncia
eletroquiacutemica em modo potenciostaacuteticordquo presente no software EIS300TM da Gamry neste modo de
funcionamento eacute aquirido um espectro de impedacircncia ao longo do intervalo de frequecircncias de 10 kHz
ateacute 01 Hz com uma tensatildeo AC aplicada (5 mV RMS) da tensatildeo de desvio DC (0 V vs circuito aberto)
e representados 3 pontos por deacutecada
(a) (b)
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo
342 Ensaios laquoIn vivoraquo
3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele
De modo a mensurar o ruiacutedo
causado pela interface entre o eletroacutelito e
a pele procedeu-se agrave montagem de um
sistema semelhante ao utilizado nos
ensaios do ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito dentro
de uma gaiola de Faraday contudo estes
ensaios foram realizados laquoIn vivoraquo
procedendo-se agrave colocaccedilatildeo dos dois
eleacutetrodos na zona anterior da tiacutebia com
um espaccedilo entre eles de 3 cm (Figura 15)
apoacutes a superfiacutecie da pele ter sido limpa
com etanol a 70
A montagem contava com um sistema de seguranccedila inserido em seacuterie no sistema de mediccedilatildeo
e que corta a corrente se esta for superior a 100 microA
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
28
28
A mediccedilatildeo do ruido foi feita tendo em conta o tipo de eleacutetrodo tendo-se para isso optado por
fazer as mediccedilotildees com eleacutetrodos do mesmo tipo ou seja num primeiro ensaio mensurou-se o ruido
entre 2 eleacutetrodos de pratacloreto de prata com o respetivo gel hidratante e numa segunda
abordagem optou-se por mensurar o ruido entre dois dos eleacutetrodos porosos com as diferentes soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 Contudo foi controlada a pressatildeo da banda que fixava os eleacutetrodos porosos
agrave tiacutebia sendo estipulado o valor da pressatildeo no intervalo de 15N a 2N
Neste ensaio o primeiro eleacutetrodo encontra-se ligado aos terminais dos eleacutetrodos de trabalho
o segundo ao terminal da referecircncia e o cabo do ground foi ligado agrave gaiola
Os paracircmetros dos ensaios foram os mesmos que os utilizados para a mediccedilatildeo do ruido
eleacutetrodo-eletroacutelito apresentados na secccedilatildeo 3411 contudo o tempo de aquisiccedilatildeo de sinal foi
reduzido a 5 minutos de modo a minorar o tempo de exposiccedilatildeo dos voluntaacuterios aos exames
3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele
laquoIn vivoraquo estes ensaios foram feitos logo
apoacutes a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico portanto a
superfiacutecie da pele se encontrava limpa e a
colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos obedecia agrave regra dos 3 cm
de distacircncia entre eleacutetrodos e 15-2N de pressatildeo
Para a mediccedilatildeo da impedacircncia eacute utilizada uma
configuraccedilatildeo diferente como referido no capitulo
33 Satildeo portanto utilizados 2 eleacutetrodos
comerciais de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH
Alemanha) um como referecircncia e outro como
contra eleacutetrodo e o eleacutetrodo em estudo
propiamente dito seja este o comercial (controlo)
ou o novo eleacutetrodo (Figura 16)
Os resultados obtidos para as diferentes
frequecircncias aleacutem de poderem ser representados
pelo diagrama de Nyquist como referido anteriormente podem tambeacutem ser representados num
Diagrama de Bode Neste diagrama a distribuiccedilatildeo dos valores de impedacircncia por vaacuterias ordens de
grandeza eacute representada em coordenadas polares (magnitude log|119885| em funccedilatildeo de log120596 )
3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos primariamente limpou-se a superfiacutecie do
escalpe com aacutelcool a 70 de modo a minimizar a camada gordurosa da pele De seguida procedeu-se
agrave colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos Foram colocados dois eleacutetrodos de AgAgCl (comerciais) um de forma a
servir como controlo (posiccedilatildeo O2) e outro em curto-circuito com o ground e a referecircncia (posiccedilatildeo
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino
durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia
29
29
Fp2) O eleacutetrodo poroso em estudo colocou-se a cerca de 3 cm do eleacutetrodo de AgAgCl posiccedilatildeo O2
de modo a captar o mesmo sinal que o obtido pelo eleacutetrodo de controlo (Figura 17)
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos
35 Implementaccedilatildeo em Matlab
Apoacutes a importaccedilatildeo do ficheiro obtido nos ensaios de ruiacutedo para o Matlab foi criado um filtro
Butterworth de ordem 20 de 05 ateacute 40 Hz atraveacutes da funccedilatildeo jaacute implementada pelo Matlab
ldquofdesignbandpassrdquo De seguida eacute aplicado o filtro duas vezes A primeira desde o primeiro ponto ateacute
o uacuteltimo e o segundo na ordem inversa Deste modo consegue-se natildeo soacute uma filtragem dupla mas
tambeacutem o cancelamento da fase dos filtros Assim efetivamente o filtro utilizado eacute de ordem 40 de
fase nula
De seguida eacute dividido o ensaio em segmentos de 30 segundos rejeitando os primeiros 10
segundos do ensaio Para cada segmento natildeo sobreposto eacute calculado o valor RMS da tensatildeo a
densidade espectral de potecircncia atraveacutes da estimaccedilatildeo pwelch do Matlab e o declive meacutedio (primeira
derivada do sinal) Contudo no final eacute calculada tambeacutem a densidade espectral de potecircncia global
que eacute expressa em dB
30
30
31
31
Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos
Resultados obtidos e discussatildeo
41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo
411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos
eleacutetrodos
Neste estudo eacute de extrema relevacircncia a eleiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante a utilizar Para isso
recorreu-se agrave realizaccedilatildeo de vaacuterios ensaios que possibilitassem uma avaliaccedilatildeo objetiva da resposta do
sistema Efetuou-se entatildeo primeiro uma anaacutelise do ruiacutedo ao longo de 12 minutos com os eleacutetrodos
multipino nas diferentes soluccedilotildees (um medido contra o outro) e a respetiva referecircncia de seguida
realizou-se um ensaio para mensurar a resistecircncia agrave passagem de corrente com os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees e a respetiva referecircncia
Assim sendo a Figura 18 revela a impedacircncia dos eleacutetrodos nas diferentes soluccedilotildees testadas
Nesta pode-se observar que a soluccedilatildeo 1 apresenta niacuteveis de impedacircncia ligeiramente mais baixos que
as restantes soluccedilotildees Contudo os seus niacuteveis encontram-se uma deacutecada acima dos valores obtidos
pelo eleacutetrodo e AgAgCl utilizado comercialmente com o respetivo gel hidratante Observa-se ainda
que os desvios padratildeo satildeo tatildeo baixos que quase natildeo satildeo percetiacuteveis o que significa que os ensaios satildeo
bastante reprodutiacuteveis Eacute tambeacutem importante notar que ao longo de todas as frequecircncias testadas
os valores de impedacircncia aleacutem de se encontrarem todos abaixo dos valores maacuteximos permitidos (20-
40 k) [35] encontram-se ainda abaixo dos 5 k referidos como valores de impedacircncia ideal por vaacuterios
fornecedores [40][41] o que eacute de extrema relevacircncia nos passos subsequentes de aquisiccedilatildeo do sinal
uma vez que eacute indispensaacutevel ter baixos niacuteveis de impedacircncia para conseguir captar ondas cerebrais
32
32
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Foram ainda feitas mediccedilotildees de ruiacutedo nas mesmas condiccedilotildees Realizando-se de seguida uma
anaacutelise no domiacutenio temporal e outra no domiacutenio das frequecircncias Para isso como foi referido no
capitulo 35 recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software Matlab A primeira anaacutelise eacute feita no domiacutenio
temporal (Figura 19 (a)) sob a forma de um graacutefico da tensatildeo meacutedia (RMS) em funccedilatildeo do tempo que
eacute obtida apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa-alto de modo a retirar a componente DC do sinal e assim
obter um sinal de ruiacutedo para altas frequecircncias que seraacute representado em periacuteodos de 30 segundos
Deste modo eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees da quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo de
estabilizaccedilatildeo do eleacutetrodo O que se observa eacute que os niacuteveis de ruiacutedo ao longo do tempo variam entre
185 microV ateacute 2 microV o que equivale a uma variaccedilatildeo maacutexima de 015 microV tanto para os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees como para o eleacutetrodo de AgAgCl no respetivo gel hidratante Observa-se
ainda que aleacutem das pequenas variaccedilotildees ao longo do tempo o desvio padratildeo para todas as soluccedilotildees eacute
muito semelhante sugerindo que natildeo haacute diferenccedilas significativas a niacutevel das soluccedilotildees implementadas
Eacute ainda de salientar que natildeo se observa nenhuma evoluccedilatildeo de ruiacutedo ao longo do tempo o que sugere
uma estabilizaccedilatildeo do sistema muito raacutepida A segunda anaacutelise no domiacutenio temporal corresponde ao
declive meacutedio (Figura 19 (b)) foi realizada recorrendo agrave primeira derivada do sinal em DC obtido a
cada 30 segundos Deste graacutefico eacute possiacutevel retirar informaccedilatildeo referente agrave deriva do potencial e ao
tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema Assim recorrendo agrave sua visualizaccedilatildeo observa-se que a
estabilizaccedilatildeo eacute feita de forma semelhante para todas as soluccedilotildees Contudo a soluccedilatildeo 3 apresenta
menos variaccedilotildees ao longo do tempo valores mais proacuteximos de zero e maior reprodutibilidade entre
ensaios Finalmente o teste de controlo efetuado com os eleacutetrodos comerciais de AgAgCl no gel
aparentam ser ligeiramente menos estaacuteveis contudo os valores se encontram na mesma gama de
tensotildees
33
33
Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Para concluir realizou-se uma anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias para isso recorreu-se ao
graacutefico da densidade espectral de tensatildeo (Figura 20) Nele observa-se que os resultados do ruiacutedo do
sinal aumentam com a diminuiccedilatildeo das frequecircncias numa proporccedilatildeo 119903119906iacute119889119900 ~ 1 119891119903119890119902119906ecirc119899119888119894119886frasl
confirmando os estudos feitos por E Huigen em 2002 [20] No entanto estes tendem a estabilizar a
partir dos 10 Hz em valores proacuteximos dos -238 dB Eacute de referir que a para frequecircncias elevadas o
sinal de ruiacutedo eacute determinado pelo ruiacutedo do amplificador e natildeo pelo ruiacutedo da interface metal-eletroacutelito
uma vez que este eacute significativamente menor do que o ruiacutedo do amplificador impedindo assim a sua
mediccedilatildeo mesmo com equipamentos de baixo ruiacutedo [20]
34
34
Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
35
35
a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
36
36
Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
37
37
Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
38
38
Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
39
39
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
40
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
41
41
Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
42
42
Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
43
43
Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
44
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VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
45
45
Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
48
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49
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51
51
Anexos
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52
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60
60
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61
iii
Abstract
This work aims at the development of innovative bioeleacutetrodos for monitoring brain electrical
activity These donrsquot require the use of electrolytic gels thus achieving overcome the disadvantages
of the dried electrodes to maintain a wet contact through a hydrating solution with the scalp
This work was developed within the project WICKEEG This project was divided in three
stages the first involved the production of a porous structure (wick) that is the core structure of
the device then skin moisturizing formulations were developed for the effective transmission of the
signal within the porous structure finally electrode laquoIn vitroraquo and laquoIn vivoraquo tests will be carried on
emphasizing the signal processing being used to establish an objective comparison with traditional
electrodes
The first step has already been completed and the ongoing work focuses on the hydrating
choice and electrode testing
This report will present the techniques and theoretical principles that led to the
development of this project as well as the results of laquoIn vitroraquo tests and its comparison with
traditional electrodes For that they were tested three moisturizing solutions with different
compositions having the electrodes tested both laquoin vitroraquo as laquoin vivoraquo
The laquoIn vitroraquo tests consisted of measuring the electrical potential of the drift of the
electrodes the electric noise produced by the electrode itself and the measurement of
electrochemical impedance in different solutions Then the laquoin vivoraquo trials were performed on 8
healthy volunteers these tests were performed in the anterior zone of the tibia under the same
conditions It was therefore concluded that the solution with 3 of Tween-80 and 10 of
propilenoglicol is the most appropriate for use in assays of EEG signals acquisition Thus in the final
part of the thesis was acquired EEG signals in 2 healthy volunteers over approximately 1 minute in
order to prove the effectiveness of the new electrode concept Resulting on very promising
acquisitions
Keywords bioelectrode impedance spectroscopy biochemical noise power spectral density signal
processing EEG
iv
v
Agradecimentos
Eacute com muita satisfaccedilatildeo que expresso aqui o mais profundo agradecimento a todos aqueles que
tornaram a realizaccedilatildeo deste trabalho possiacutevel
Gostaria antes de mais de agradecer ao meu orientador Prof Dr Joseacute Carlos Magalhatildees Duque
da Fonseca e ao Prof Dr Diamantino Rui da Silva Freitas coorientador da tese pela disponibilidade
pelos conhecimentos transmitidos pelas opiniotildees e criacuteticas e pela dedicaccedilatildeo e incentivo demonstrado
ao longo de todas as fases do projeto
A todos os colegas e pessoas que participaram neste estudo e sem os quais esta investigaccedilatildeo natildeo
teria sido possiacutevel
Agraves minhas amigas Inecircs Seco e Luzia Lampreia pelo companheirismo forccedila e apoio nos momentos
difiacuteceis
Agrave minha matildee por acreditar em mim e estar sempre presente por viver para me proteger pela
preocupaccedilatildeo amizade e apoio incondicional pela forccedila e garra que sempre demonstrou sendo por
isso o meu motivo de orgulho e modelo a seguir
Ao meu pai quem sempre me apoiou e transmitiu valores muito importantes por me ter ensinado
os aspetos da vida que realmente importam pela serenidade e paciecircncia que sempre demonstrou
por escutar sem julgar e sobretudo pela confianccedila e liberdade que sempre me concedeu
Estar-lhes-ei sempre grata pelos sacrifiacutecios que fizeram por mim
Ao meu mano por ser o meu confidente por me apoiar e dar na cabeccedila quando merecia por
cuidar de mim a toda hora e estar sempre disponiacutevel
Agrave minha avoacute Florinda que mesmo estando longe nesta fase da minha vida demonstrou que o
carinho quebra barreiras Quero agradecer-lhe pelo amor e pela forccedila que me ofereceu
vii
Iacutendice
Resumo i
Abstract iii
Agradecimentos v
Iacutendice vii
Lista de figuras ix
Lista de tabelas xiii
Abreviaturas e Siacutembolos xv
Capiacutetulo 1 Introduccedilatildeo 1
Capiacutetulo 2 Enquadramento teoacuterico 7 21 Sistema nervoso 7 211 Propagaccedilatildeo do sinal 8 22 Aquisiccedilatildeo do sinal 9 221 Eleacutetrodos 10 2211 Eleacutetrodos invasivos 11 2212 Eleacutetrodos natildeo invasivos 11 23 Interface do eleacutetrodo com a pele 12 231 Hidrataccedilatildeo da pele 13 2311 O gel para utilizaccedilatildeo com os eleacutetrodos 13 24 Teacutecnicas de revestimento da prata com cloreto de prata 14 25 Novo conceito de eleacutetrodo 15 26 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico 15 261 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio do tempo RMS e Deriva do potencial 18 262 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio das frequecircncias Densidade espectral 18 27 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo da impedacircncia 19
Capiacutetulo 3 Materiais e meacutetodos 23 31 Preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes 23 32 Produccedilatildeo dos novos eleacutetrodos 24 321 Produccedilatildeo da estrutura porosa de policarbonato 24 322 Preparaccedilatildeo dos eleacutetrodos de pratacloreto de prata 24 323 Montagem dos eleacutetrodos 25 33 Preparaccedilatildeo dos ensaios 25 34 Condiccedilotildees dos ensaios 25 341 Ensaios laquoIn vitroraquo 26 3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito 26 3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito 26
viii
342 Ensaios laquoIn vivoraquo 27 3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele 27 3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele 28 3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos 28 35 Implementaccedilatildeo em Matlab 29
Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos 31 41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo 31 411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos eleacutetrodos 31 412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na resposta ao
sistema 34 42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo 37
Capiacutetulo 5 Conclusotildees 47
Referecircncias 49
Anexos 51
ix
Lista de figuras
Figura 1 Eleacutetrodo de superfiacutecie comercial (Eleacutetrodo de controlo) 4
Figura 2 Corte transversal do bioeleacutetrodo de superfiacutecie em estudo com reservatoacuterio para a soluccedilatildeo hidratante 4
Figura 3 Representaccedilatildeo do fluxo ioacutenico durante o potencial de accedilatildeo (Adaptado de [16]) 8
Figura 4 Diagrama de blocos representativo de um sistema para aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos 9
Figura 5 Sistema internacional 10-20 para a colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos em EEG (Adaptado de [17]) 10
Figura 6 Representaccedilatildeo das ondas eletroencefalograacuteficas registadas durante um exame de EEG [5] 10
Figura 7 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da interface com a pele e o seu modelo de circuito eletroacutenico equivalente Adaptado de [14] 12
Figura 8 Eleacutetrodo de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios A representa o fio de prata B a soluccedilatildeo condutora C a esponja do reservatoacuterio e D material de policarbonato de natureza porosa onde se estabelece o contacto com a pele 15
Figura 9 Funccedilatildeo de um filtro passa-baixos 119860119895119891 16
Figura 10 Circuito representativo dos componentes do ruiacutedo do amplificador na entrada segundo o modelo Vn-In 17
Figura 11 Esquema representativo do ensaio potenciostaacutetico para mediccedilatildeo da impedacircncia 21
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato 24
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios 25
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo 27
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo
eletroquiacutemico 27
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia 28
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos 29
x
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os
correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 32
Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 33
Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 34
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 35
Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz
respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 36
Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 37
Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 38
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 39
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 40
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para
os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas 40
Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 42
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 42
Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos 43
xi
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso
com os olhos fechados 43
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 44
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 44
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos 45
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados 45
xiii
Lista de tabelas
Tabela 1 Classificaccedilatildeo convencional dos sinais de EEG tendo em conta a gama de frequecircncias em que se encontram com indicaccedilatildeo das situaccedilotildees tiacutepicas de ocorrecircncia [6] 2
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas 23
xv
Abreviaturas e Siacutembolos
Acroacutenimos
EEG Eletroencefalograma
NMF Natural moisturizer factor
PC Policarbonato
PCA Aacutecido carboxiacutelico da pirrolidona
PVC Policloreto de polivinilo
RMS Root mean square (Erro quadraacutetico meacutedio)
SNR ou SN Signal-to-noise ratio (Relaccedilatildeo sinal-ruiacutedo)
EIS Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica
ICM Interface ceacuterebro-maacutequina
Lista de siacutembolos
Ohm
1
Capiacutetulo 1 Introduccedilatildeo
Introduccedilatildeo
O eletroencefalograma (EEG) eacute o registo graacutefico dos potenciais eleacutetricos desenvolvidos no ceacuterebro
que eacute utilizado para o seu estudo Isto eacute feito atraveacutes de eleacutetrodos aplicados no couro cabeludo
diretamente na superfiacutecie encefaacutelica ou ateacute mesmo dentro da substacircncia encefaacutelica [1] O
procedimento foi descrito pela primeira vez pelo fisiologista alematildeo Emil du Bois-Reymond que
descobriu que a propagaccedilatildeo do estiacutemulo nervoso nos neuroacutenios resultava no surgimento de uma
corrente eleacutetrica Contudo soacute comeccedilou a ser usado em 1929 apoacutes Hans Berger (psiquiatra alematildeo)
ter conseguido obter a primeira imagem graacutefica das diferenccedilas de potencial presentes no ceacuterebro
[1][2] A combinaccedilatildeo dos diferentes sinais eacute captada pelos eleacutetrodos sob a forma de uma diferenccedila
de potencial entre cada par de eleacutetrodos (configuraccedilatildeo bipolar) ou entre cada eleacutetrodo e uma
referecircncia (configuraccedilatildeo monopolar) O princiacutepio baacutesico de obtenccedilatildeo dos traccedilados
eletroencefalograacuteficos (EEG) eacute a amplificaccedilatildeo dos sinais eleacutetricos atraveacutes da utilizaccedilatildeo de
amplificadores operacionais de instrumentaccedilatildeo [1][3][4] Estes dispositivos satildeo capazes de amplificar
pequenas diferenccedilas de potencial entre dois pontos do couro cabeludo gerando de seguida na forma
claacutessica por meio de um dispositivo chamado galvanoacutemetro de fio com registador e na forma atual
por meio de digitalizaccedilatildeo e impressatildeo um traccedilado graacutefico com diferentes formas de onda que podem
ser interpretados por especialistas na aacuterea [1][3]
Natildeo se sabe ainda interpretar completamente o significado das ondas do eletroencefalograma
mas sabe-se que estas satildeo geradas pela atividade sinaacuteptica dos neuroacutenios do coacutertex cerebral e pelas
informaccedilotildees neuro-eleacutetricas provenientes dos sistemas sensoriais Os traccedilados resultantes deste
exame quando o individuo se encontra acordado satildeo essencialmente dessincronizados isto eacute
compostos por ondas de tensotildees reduzidas e frequecircncias relativamente altas (ritmos alfa e beta)
Contudo quando o individuo se encontra a dormir e uma vez que nessa situaccedilatildeo o taacutelamo natildeo deixa
passar tatildeo facilmente a informaccedilatildeo que recebe os traccedilados dos potenciais sinaacutepticos do coacutertex
tornam-se menores menos variados e mais sincronizados [5] As ondas deste tipo podem ser descritas
atraveacutes da sua gama de frequecircncias ou de comprimentos de onda e periacuteodos associados e das
amplitudes sendo estas natildeo superiores aos 150 μV e a gama de frequecircncias encontrando-se entre os
05 e 60 Hz num EEG normal sendo portanto estes paracircmetros de grande importacircncia e a ter em
conta na anaacutelise destas ondas [6] Por convenccedilatildeo os sinais satildeo classificados em quatro bandas de
frequecircncia conforme ilustrado na Tabela 1
2
2
Tabela 1 Classificaccedilatildeo convencional dos sinais de EEG tendo em conta a gama de frequecircncias em
que se encontram com indicaccedilatildeo das situaccedilotildees tiacutepicas de ocorrecircncia [6]
ONDA FREQUEcircNCIA OCORREM DURANTE
Delta lt35 Hz Momentos do sono profundo
Theta 4-7 Hz Meditaccedilatildeo e relaxamento profundo
Alfa 8-13 Hz Estados mentais relaxados e no
sono
Beta gt13 Hz Estado normal de vigila
As designadas mediccedilotildees eletroencefalograacuteficas tecircm sido amplamente desenvolvidas e exploradas
por vaacuterios motivos que incluem a sua elevada resoluccedilatildeo temporal (na ordem dos milissegundos) e a
sua sensibilidade tanto agrave duraccedilatildeo como agrave intensidade da atividade neural resultado da sincronizaccedilatildeo
da atividade dos neuroacutenios Eacute tambeacutem uma teacutecnica muito atrativa uma vez que representa um
baixiacutessimo risco para os pacientes por ser um meacutetodo geralmente natildeo invasivo A teacutecnica EEG tem a
grande vantagem de possuir uma excelente resoluccedilatildeo temporal dos sinais Contudo sua principal
limitaccedilatildeo passa pela resoluccedilatildeo espacial uma vez que a propagaccedilatildeo da atividade eleacutetrica ao longo das
vias fisioloacutegicas e do cracircnio pode dar uma impressatildeo errada da localizaccedilatildeo da fonte da atividade
eleacutetrica resultando numa insuficiecircncia de detalhes espaciais para identificar as estruturas e funccedilotildees
relacionadas com a atividade eleacutetrica Todavia embora o sinal eleacutetrico tenha de ser transmitido
atraveacutes dos tecidos e isto provoca uma reduccedilatildeo da intensidade do sinal e pequenas distorccedilotildees assume-
se que esta atividade eacute a mesma tanto na superfiacutecie do coacutertex (local onde as ondas emergem) como
no escalpe (local onde as ondas satildeo coletadas) [5][7]
Na literatura aparecem relatos do uso de vaacuterios tipos de EEG para avaliar grupos de pacientes com
diferentes doenccedilas tais como tumores enxaquecas depressotildees e esquizofrenia no entanto na
clinica o EEG eacute sobretudo utilizado para diagnosticar doenccedilas vasculares cerebrais demecircncias e
encefalopatias [7][8][9] Todavia as aplicaccedilotildees hoje em dia para este tipo de sinais e seus sistemas
de eleacutetrodos satildeo inuacutemeras podendo-se destacar as interfaces ceacuterebro-maacutequina como uma das
principais Este tipo de interfaces procura atraveacutes das ondas produzidas no foro cerebral controlar
equipamentos sejam estes cliacutenicos ou natildeo Eacute possiacutevel detetar padrotildees de ativaccedilatildeo gerados pelo
ceacuterebro atraveacutes da colocaccedilatildeo de eleacutetrodos e anaacutelise dos sinais eletroencefalograacuteficos recolhidos tanto
no exterior como no interior da superfiacutecie encefaacutelica Os sinais captados indicam a atividade cerebral
do utilizador que apoacutes deteccedilatildeo e classificaccedilatildeo satildeo traduzidos para uma saiacuteda como por exemplo
o movimento de um cursor de um computador associado ao rato ou de qualquer dispositivo artificial
externo Os sinais de EEG natildeo-invasivos satildeo utilizados em aplicaccedilotildees de Interface ceacuterebro maacutequina
(ICM1) pois estes oferecem um niacutevel de qualidade de sinal aceitaacutevel que combina custos reduzidos e
facilidade de utilizaccedilatildeo[10]
Com o surgimento de outros meacutetodos de diagnoacutestico a utilizaccedilatildeo da eletroencefalografia entrou
em decaimento no entanto a associaccedilatildeo desta teacutecnica com o domiacutenio informaacutetico os seus baixos
1 ldquoA Interface ceacuterebro-maacutequina eacute um sistema que permite a interaccedilatildeo entre o utilizador e o meio que o cerca utilizando sinais de controlo gerados por meio da atividade cerebral O aprimoramento das pesquisas em ICM estaacute relacionado principalmente com os avanccedilos da neurofisiologia e computaccedilatildeo As pesquisas iniciais
dedicaram-se ao desenvolvimento de dispositivos de comunicaccedilatildeo de pessoas que perderam o controlo muscular voluntaacuterio (hellip)rdquo Mussatto Greice em [10] Atualmente satildeo frequentemente direcionados para auxiliar aumentar ou reparar a cogniccedilatildeo humana ou as funccedilotildees sensoriais e motoras
3
3
custos (quando comparados com as outras teacutecnicas) a facilidade na realizaccedilatildeo dos exames o pequeno
espaccedilo ocupado pelos equipamentos e a sua natureza inoacutecua vieram a dar-lhe um novo impulso
conquistando um lugar proeminente no diagnoacutestico de vaacuterias patologias cerebrais [11][12] Isso tornou
possiacutevel inclusive o mapeamento cerebral em escala de cores (a gradaccedilatildeo das cores relaciona-se
com a amplitude dos potenciais) muito popular atualmente As teacutecnicas para a obtenccedilatildeo e registo
foram por isso aprimoradas nos uacuteltimos anos evoluindo do registo em papel com um nuacutemero reduzido
de canais ao registo contiacutenuo em equipamentos de ateacute 256 canais acoplado ao registo de viacutedeo digital
atraveacutes de equipamentos dotados com sistemas wireless peccedilas de hardwares e softwares sofisticadas
para armazenamento de dados e complementar a anaacutelise visual atraveacutes da anaacutelise computacional
Contudo embora os avanccedilos informaacuteticos tenham sido importantes para o desenvolvimento desta
teacutecnica a questatildeo do eleacutetrodo a utilizar nas mediccedilotildees eacute essencial uma vez que os bioeleacutetrodos de
superfiacutecie satildeo responsaacuteveis pela captaccedilatildeo dos sinais na interface entre a pele e o equipamento de
aquisiccedilatildeo e registo sendo tambeacutem considerados o elo mais fraco na cadeia de aquisiccedilatildeo de sinal
(constituindo a maior fonte de ruiacutedo e de instabilidade) [12]
Existe uma vasta gama de eleacutetrodos disponiacuteveis incluindo eleacutetrodos de superfiacutecie descartaacuteveis ou
reutilizaacuteveis e eleacutetrodos profundos[13] Dentro dos eleacutetrodos profundos (intracranianos) mais
utilizados encontram-se os eleacutetrodos intracerebrais e os subdurais Eacute importante referir a existecircncia
destes eleacutetrodos contudo os eleacutetrodos abordados neste relatoacuterio satildeo os eleacutetrodos de superfiacutecie ou
seja aqueles que satildeo colocados sobre o escalpe Existem vaacuterias alternativas para a sua classificaccedilatildeo
todavia aqui seratildeo abordadas aquelas que se relacionam com a presenccedila ou ausecircncia de produtos
hidratantes utilizando o termo ldquoeleacutetrodos huacutemidosrdquo para aqueles que necessitam de uma soluccedilatildeo
hidratantegel e ldquoeleacutetrodos secosrdquo para aqueles que natildeo a exigem
Os principais tipos de eleacutetrodos utilizados na cliacutenica atualmente para a recolha de sinais
eletroencefalograacuteficos satildeo os eleacutetrodos de prata ouro e estanho Um eleacutetrodo do tipo Prata-Cloreto
de Prata (AgAgCl) (Figura 1) eacute um tipo de eleacutetrodo considerado como tendo caracteriacutesticas desejaacuteveis
de qualidade e estabilidade que o tornam em geral um eleacutetrodo de referecircncia no estado da arte
sendo vulgarmente utilizado em mediccedilotildees eletroquiacutemicas [14] Os fenoacutemenos que ocorrem quando
um eleacutetrodo metaacutelico entra em contacto com um eletroacutelito estatildeo na base da captaccedilatildeo dos sinais que
se pretende realizar Ocorre uma troca ioacutenica como resultado de uma reaccedilatildeo eletroquiacutemica associada
ao contacto Existindo uma tendecircncia para que os aacutetomos do metal percam eletrotildees e estes passem
para o eletroacutelito (oxidaccedilatildeo) fazendo assim com que o eleacutetrodo fique carregado negativamente no
que diz respeito ao eletroacutelito Contudo natildeo se trata de um processo estaacutetico e por conseguinte ocorre
igualmente a reaccedilatildeo contraacuteria ateacute se estabelecer o equiliacutebrio (reduccedilatildeo) [14] Este processo eacute descrito
pela Equaccedilatildeo de Nernst atraveacutes da qual eacute possiacutevel obter a constante de equiliacutebrio de uma
determinada reaccedilatildeo que envolva transferecircncia de eletrotildees Deste modo para uma reaccedilatildeo de
oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo (redox) temos
minus119899 119865119864 = minus119899 1198651198640 + 119877119879 119897119899 119876 hArr 119864 = 1198640 minus119877119879
119899119865119897119899 119876
( 1 )
Verifica-se que no ponto de equiliacutebrio o valor de Q pode ser descrito como K (contante de
equiliacutebrio da reaccedilatildeo) e considerando a constante universal dos gases perfeitos (R = 831 J K-1 mol-1 )
a carga eleacutetrica de uma mole de eletrotildees (F = 96485 Cmiddotmol-1) e que o ensaio decorre agrave temperatura
ambiente (T = 2982 K (25 degC)) obteacutem-se
E=E0-00257
nlnQ hArr 0=E0-
00257
nlnK hArr E0=
00257
nlnK hArr lnK=
n ∙ E0
00257
( 2 )
4
4
Onde Eordm se obteacutem a partir dos potenciais normais dos eleacutetrodos n eacute o nuacutemero de moles de eletrotildees
transferidos e Q eacute o quociente entre os produtos das atividades de produtos e reagentes na reaccedilatildeo
No caso da pele humana existem pequenas quantidades de NaCl (01-04) desta forma o aniatildeo
cloreto presente iraacute reagir com a prata do eleacutetrodo dando origem a uma diferenccedila de potencial
relacionado com a concentraccedilatildeo de cloreto [3] Portanto as trocas ioacutenicas que ocorrem na pele na
presenccedila deste eleacutetrodo satildeo representadas na ( 3
119860119892 + 119862119897minus 119860119892119862119897 + 119890minus ( 3 )
Este tipo de eleacutetrodos satildeo os mais utilizados hoje em dia na clinica
e satildeo fabricados como o nome o indica em prata agrave qual eacute aplicado um
revestimento de cloreto de prata Trata-se de um metal bem tolerado
pelo organismo humano que permite a obtenccedilatildeo de bons resultados
uma vez que aleacutem disso estes apresentam niacuteveis de ruido reduzidos e
natildeo satildeo facilmente polarizaacuteveis [3] no entanto a sua utilizaccedilatildeo exige
uma preparaccedilatildeo preacutevia da pele e a aplicaccedilatildeo de uma pasta condutora
(gel) que por vezes eacute desconfortaacutevel para o paciente sendo suscetiacutevel
de causar alergias e tornando o processo mais demorado uma vez que
a preparaccedilatildeolimpeza dos eleacutetrodos requer alguns cuidados e deve ser executada por um teacutecnico
Surgiu entatildeo a motivaccedilatildeo para criar novos eleacutetrodos secos que ultrapassassem estas dificuldades
dispensando a utilizaccedilatildeo do gel e a preparaccedilatildeo da pele todavia uma vez que o contacto liacutequido estaacute
ausente a impedacircncia interfacial eacute consideravelmente mais elevada (1 M contra 10-20 k)
refletindo-se numa maior sensibilidade ao movimento e de maneira geral na presenccedila de um maior
niacutevel de ruiacutedo o que exige preacute-amplificaccedilatildeo integrada Os custos associados agrave produccedilatildeo deste tipo de
eleacutetrodo satildeo tambeacutem mais elevados do que no caso dos eleacutetrodos convencionais
De modo a resolver estes problemas foi desenvolvido um novo
tipo de bioeleacutetrodo (Figura 2) [15] o qual tem a capacidade de
manter huacutemido o ponto de contacto com a pele evitando contudo
a utilizaccedilatildeo de pastas condutoras Este efeito foi conseguido usando
o princiacutepio da caneta de feltro o contacto com o escalpe eacute efetuado
a partir de vaacuterios pinos fabricados a partir de um poliacutemero poroso
acoplado a um pequeno reservatoacuterio com uma soluccedilatildeo hidratante os
pinos forneceratildeo entatildeo de forma controlada pelos efeitos
combinados da capilaridade e gravidade a soluccedilatildeo hidratante ao
ponto de contacto com o escalpe A sua forma oferece tambeacutem
muacuteltiplos pontos de contacto de modo a minimizar o ruiacutedo e obter
melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
O desenvolvimento destes eleacutetrodos compreenderaacute varias fases a primeira fase a implementar
seraacute a fabricaccedilatildeo da superfiacutecie porosa atraveacutes da compressatildeo de poacutes de policarbonato (PC) de seguida
seraacute feita a montagem dos diferentes componentes do eleacutetrodo nomeadamente a esponja o frio de
prata e o tubo de policloreto de polivinilo (PVC) que funcionaraacute como reservatoacuterio Finalmente seratildeo
preparadas e testadas vaacuterias soluccedilotildees com os mesmos componentes em diferentes concentraccedilotildees de
modo a concluir qual soluccedilatildeo fornece uma melhor hidrataccedilatildeo da pele otimizando assim os resultados
Figura 1 Eleacutetrodo de superfiacutecie comercial (Eleacutetrodo de controlo)
Figura 2 Corte transversal do bioeleacutetrodo de superfiacutecie em estudo com reservatoacuterio
para a soluccedilatildeo hidratante
5
5
6
6
7
7
Capiacutetulo 2 Enquadramento teoacuterico
Enquadramento teoacuterico
A EEG eacute um registo associado a uma teacutecnica cliacutenica que se baseia na aquisiccedilatildeo dos sinais produzidos
no coacutertex cerebral A obtenccedilatildeo dos mesmos eacute possiacutevel uma vez que aiacute existem ceacutelulas excitaacuteveis
capazes de conduzir os impulsos nervosos os neuroacutenios Estes impulsos geram correntes eleacutetricas
atraveacutes do corpo da ceacutelula ateacute uma zona chamada zona de disparo Neste local as correntes dirigem-
se ao espaccedilo extracelular provocando uma diferenccedila de potencial que desencadearaacute um novo estiacutemulo
na proacutexima ceacutelula e que contribuiraacute para a produccedilatildeo dos referidos sinais
21 Sistema nervoso
O sistema nervoso eacute responsaacutevel pela maioria das funccedilotildees de controlo no organismo coordenando
e regulando as atividades corporais Isto eacute feito atraveacutes da interpretaccedilatildeo e resposta a estiacutemulos Este
sistema eacute convencionalmente dividido em duas categorias o sistema nervoso central (SNC) que se
verifica tratar do desenvolvimento das respostas aos estiacutemulos e o sistema nervoso perifeacuterico (SNP)
o responsaacutevel pela conduccedilatildeo do estiacutemulo nervoso No caso do SNC podem distinguir-se vaacuterios oacutergatildeos
o enceacutefalo (constituiacutedo pelo ceacuterebro cerebelo e tronco encefaacutelico) e a espinal medula Jaacute no caso do
SNP esta divisatildeo eacute feita atraveacutes da distinccedilatildeo entre nervos cranianos ou espinhais [16] Os nervos satildeo
essencialmente um conjunto de axoacutenios e dendrites de vaacuterios neuroacutenios
Os neurocircnios que datildeo origem aos nervos satildeo ceacutelulas com capacidade excitatoacuteria capazes de
transmitir sinais nervosos Contudo as ceacutelulas da glia tambeacutem presentes no sistema nervoso
sobretudo nos nervos satildeo as principais responsaacuteveis pela propagaccedilatildeo orientada do estiacutemulo uma vez
que ao recobrirem o axoacutenio criam circuitos neuronais independentes [16]
Os axoacutenios transmitem pulsos eleacutetricos devido agrave presenccedila de canais ioacutenicos que abrem e fecham
de modo a controlar as concentraccedilotildees dos diferentes iotildees nos meios interno e externo da ceacutelula
8
8
211 Propagaccedilatildeo do sinal
Um impulso nervoso origina a transmissatildeo de um sinal codificado ao longo da membrana do
neuroacutenio Para compreender esta transmissatildeo dentro do proacuteprio neuroacutenio eacute necessaacuterio conhecer o
conceito de potenciais de repouso e de accedilatildeo
N as fases em que se verifica existir potenciais de repouso os iotildees de soacutedio entram para a ceacutelula
atraveacutes de transporte passivo uma vez que a concentraccedilatildeo destes eacute menor no interior da ceacutelula (a
favor do gradiente de concentraccedilatildeo) Posteriormente daacute-se a sua expulsatildeo de forma ativa ao mesmo
tempo que entram iotildees de potaacutessio ativamente Finalmente os iotildees de potaacutessio voltam passivamente
ao exterior da membrana outorgando agrave ceacutelula uma carga positiva Diz-se entatildeo que esta se encontra
polarizada Nas ceacutelulas nervosas o potencial de membrana ronda os -90mV [6]
Os potenciais de accedilatildeo satildeo os responsaacuteveis pela propagaccedilatildeo do estiacutemulo nervoso contudo a sua
duraccedilatildeo natildeo ultrapassa alguns milissegundos (ver a Figura 3) Esta propagaccedilatildeo ocorre quando o
potencial de membrana que se encontra nos -90mV passa a ocupar valores de -50 a -70mV devido a
uma perturbaccedilatildeo externa de modo a responder a esta situaccedilatildeo ocorre a passagem por difusatildeo dos
iotildees de soacutedio para o interior da ceacutelula resultando na alteraccedilatildeo dos potenciais ateacute entatildeo negativos
para valores que podem chegar a +35mV De seguida a ceacutelula expulsa ativamente o soacutedio alterando
assim o potencial para aproximadamente -95mV Daacute-se entatildeo a repolarizaccedilatildeo atraveacutes da bomba de
Na+K+ ou seja a ceacutelula volta agraves condiccedilotildees iniciais [6]
Apoacutes um sinal ser transportando atraveacutes de um neuroacutenio eacute necessaacuterio que este seja comunicado
ao neuroacutenio seguinte de modo a manter a transmissatildeo do impulso Esta transferecircncia daacute-se em locais
especiacuteficos e pode ser feita eletricamente (atraveacutes de iotildees) ou quimicamente (atraveacutes de uma fenda
sinaacuteptica onde um neurotransmissor eacute libertado e se liga a recetores especiacuteficos do neuroacutenio poacutes-
sinaacuteptico) [6][16]
Figura 3 Representaccedilatildeo do fluxo ioacutenico durante o potencial de accedilatildeo (Adaptado de [16])
9
9
22 Aquisiccedilatildeo do sinal
Eacute impossiacutevel medir a atividade eleacutetrica gerada por um uacutenico neuroacutenio contudo a aquisiccedilatildeo do
sinal electroencefalograacutefico soacute eacute possiacutevel graccedilas agrave emissatildeo parcialmente sincronizada do impulso
nervoso numa parte significativa do coacutertex cerebral Deste modo o EEG reflete o somatoacuterio da
atividade siacutencrona de milhares de neuroacutenios com uma orientaccedilatildeo espacial semelhante assessorando
assim a aquisiccedilatildeo de um sinal reprodutiacutevel e mensuraacutevel que possibilita uma interpretaccedilatildeo fidedigna
[16]
Esta teacutecnica permite o registo da atividade eleacutetrica do ceacuterebro Eacute um procedimento raacutepido
simples e indolor no qual os impulsos eleacutetricos do ceacuterebro satildeo amplificados e registrados em papel
atraveacutes de um galvanoacutemetro ou em formato digital O seu interesse prende-se natildeo soacute com os baixos
custos da teacutecnica como tambeacutem com a obtenccedilatildeo em tempo real destes sinais de modo a conseguir
diagnosticar eventuais anomalias
A EEG quando comparada com outras teacutecnicas como por exemplo o eletrocardiograma (ECG)
apresenta uma maior dificuldade na obtenccedilatildeo dos dados uma vez que a tensatildeo a captar eacute de muito
menor amplitude os sinais por vezes encontram-se na regiatildeo do ruiacutedo eleacutetrico e aleacutem disso os
amplificadores comuns natildeo fornecem uma banda de funcionamento que consiga amplificar o sinal de
forma eficaz o que exige a utilizaccedilatildeo de amplificadores especialmente desenhados [6] Contudo
estas limitaccedilotildees natildeo impediram o avanccedilo desta tecnologia Ao longo do tempo as teacutecnicas de obtenccedilatildeo
dos dados foram-se aprimorando tendo chegado na fase de maturidade agrave arquitetura ilustrada na
Figura 4 em que a saiacuteda eacute representada em papel desenhada por canetas conduzidas por mecanismos
controlados por galvanoacutemetros Hoje em dia os sistemas evoluiacuteram sobretudo na parte final atraveacutes
da digitalizaccedilatildeo dos sinais filtrados e seu armazenamento num dispositivo digital Desta forma torna-
se muito mais flexiacutevel a fase de visualizaccedilatildeo dos sinais que eacute feita em monitores graacuteficos de
computador bem como a fase de armazenamento e arquivo e criaccedilatildeo de fichas de exame A
digitalizaccedilatildeo permite o processamento digital dos sinais a fim principalmente de os caracterizar do
ponto de vista morfoloacutegico e assim contribuir para a classificaccedilatildeo do ponto de vista cliacutenico
Figura 4 Diagrama de blocos representativo de um sistema para aquisiccedilatildeo de sinais
eletroencefalograacuteficos
A EEG eacute realizada atraveacutes da colocaccedilatildeo de eleacutetrodos no couro cabeludo obedecendo o
posicionamento dos mesmos a regras especiacuteficas pois a sua localizaccedilatildeo influencia os sinais captados
10
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De modo a facilitar a comparaccedilatildeo dos resultados eacute habitualmente utilizado um sistema se
colocaccedilatildeo padratildeo chamado 10-20 (Figura 5) Segundo este padratildeo os locais onde os eleacutetrodos satildeo
colocados satildeo denominados por letras de acordo com as aacutereas cerebrais adjacentes seguidas de um
nuacutemero impar se o eleacutetrodo se encontrar no lado esquerdo da cabeccedila ou par se for no lado direito
[6]
Apoacutes a obtenccedilatildeo do sinal contiacutenuo de EEG eacute
possiacutevel distinguir vaacuterios tipos de ondas de acordo
com a sua amplitude e frequecircncia A amplitude das
ondas pode ir ateacute aos 200 μV e a frequecircncia ateacute 30Hz
A Figura 6 representa os diferentes tipos de ondas
As ondas delta satildeo ondas da mais baixa frequecircncia
e amplitudes elevadas que ocorrem em momentos do
sono profundo por outro lado as ondas teta
encontram-se na gama de frequecircncias de 4-7 Hz
contudo
continuam a apresentar grandes amplitudes e ocorrem
em estaacutegios de meditaccedilatildeo e relaxamento profundo as
ondas alfa apresentam por sua vez amplitudes meacutedias
e frequecircncias compreendidas entre os 8 e os 13 Hz
correspondendo a estados mentais relaxados no sono
Finalmente as ondas beta satildeo as de mais elevada
frequecircncia (gt13 Hz) com amplitudes de cerca de 10 μV
e ocorrem quando existe um estimulo visual ou no estado
normal de vigiacutelia [6]
221 Eleacutetrodos
Os eleacutetrodos constituem a interface entre o escalpe e o equipamento de mediccedilatildeo No caso de um
eleacutetrodo huacutemido quando a parte metaacutelica entra em contacto com o eletroacutelito tem lugar um processo
de oxidaccedilatildeoreduccedilatildeo de iotildeesaacutetomos que daacute lugar ao aparecimento de um potencial caracteriacutestico
As propriedades fiacutesico-quiacutemicas tanto do eleacutetrodo como do eletroacutelito afetam o valor do potencial
Quando eleacutetrodos idecircnticos satildeo submersos num eletroacutelito homogeacuteneo ambos assumem o mesmo
potencial com respeito ao eletroacutelito Contudo eleacutetrodos diferentes colocados nas mesmas condiccedilotildees
apresentam potenciais diferentes [6] Deste modo eacute sensato concluir que a amplitude do potencial
depende do material de que o eleacutetrodo eacute feito Por esse motivo os eleacutetrodos utilizados na cliacutenica satildeo
comumente produzidos com prata e cloreto de prata uma vez apresentam uma resistecircncia agrave passagem
Figura 5 Sistema internacional 10-20 para
a colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos em EEG
(Adaptado de [17])
Figura 6 Representaccedilatildeo das ondas eletroencefalograacuteficas registadas durante um
exame de EEG [5]
11
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de corrente natildeo elevada e os seus niacuteveis de impedacircncia satildeo estaacuteveis ao longo de uma ampla gama de
frequecircncias
Contudo o material natildeo eacute o uacutenico paracircmetro que varia para escolher um eleacutetrodo Dependendo
das necessidades existem tambeacutem variedades morfoloacutegicas como os eleacutetrodos invasivos e os natildeo-
invasivos
2211 Eleacutetrodos invasivos
Dentro dos eleacutetrodos invasivos (intracranianos) os mais utilizados satildeo os eleacutetrodos profundos
intracerebrais e os subdurais [13] Os primeiros consistem em eleacutetrodos em forma de agulha feitos
de material flexiacutevel com muacuteltiplos pontos de contacto para registo Satildeo ideais para o registo de
atividade em aacutereas distantes da superfiacutecie Proporcionam ainda um registo preciso da regiatildeo
volumeacutetrica adjacente a cada ponto de registo no entanto a extensatildeo da dita aacuterea eacute limitada [18]
Portanto o uso deste tipo de eleacutetrodos eacute ideal apoacutes os resultados dos exames natildeo-invasivos sugerirem
um ldquoalvordquo provaacutevel Os eleacutetrodos subdurais que podem ser do tipo placa ou tira de silicone com
muacuteltiplos contatos de registo satildeo ideais para o registo de aacutereas extensas do coacutertex [14] Contudo os
eleacutetrodos subdurais podem natildeo registar adequadamente alteraccedilotildees localizadas em profundidade
Este tipo de eleacutetrodos deve apresentar dimensotildees reduzidas de modo a que o dano provocado no
tecido cerebral seja miacutenimo Devem tambeacutem apresentar locais de aplicaccedilatildeo suficientes para recolher
potenciais de muitos neuroacutenios simultaneamente No entanto devido agrave sua natureza altamente
invasiva soacute satildeo usados em casos especiais em que o seu uso pode trazer grandes benefiacutecios para o
paciente
2212 Eleacutetrodos natildeo invasivos
O foco deste estudo centra-se nos eleacutetrodos natildeo invasivos eleacutetrodos colocados na superfiacutecie do
escalpe O contacto entre o eleacutetrodo e a pele eacute facilitado (impedacircncia reduzida) pela utilizaccedilatildeo de
gel e se for esse o caso estaacute-se perante o caso dos eleacutetrodos huacutemidos Contudo a aplicaccedilatildeo deste
gel requer uma preparaccedilatildeo preacutevia da pele que por vezes pode ser demorada suscetiacutevel de
desencadear reaccedilotildees aleacutergicas e desconfortaacutevel para o paciente [3] Surgiu entatildeo a alternativa dos
eleacutetrodos secos eleacutetrodos capazes de aquirir sinais que dispensam a utilizaccedilatildeo de soluccedilotildees todavia
como resultado da ausecircncia do gel ou pasta condutora a impedacircncia interfacial eacute muito mais elevada
tornando indispensaacutevel a integraccedilatildeo de um andar de preacute-amplificaccedilatildeo no eleacutetrodo
Procurando contornar as dificuldades de cada teacutecnica optou-se pelo desenvolvimento de um
bioeleacutetrodo inovador que dispensa a utilizaccedilatildeo de gel mas que apesar disso manteacutem um bom contacto
com a pele humidificando-a
Entre os materiais disponiacuteveis para a fabricaccedilatildeo de eleacutetrodos encontram-se o accedilo inoxidaacutevel o
ouro (Au) o oacutexido de iriacutedio (IrO2)) a prata (Ag) etc [14] tendo-se optado por utilizar um fio de
prata revestido com uma fina camada de cloreto de prata uma vez que os eleacutetrodos fabricados com
12
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este material apresentam niacuteveis de ruiacutedo reduzidos grande estabilidade do potencial eleacutetrico na gama
de frequecircncias utilizada e uma impedacircncia interfacial baixa [14][19]
23 Interface do eleacutetrodo com a pele
A pele eacute um oacutergatildeo que cobre e protege o corpo e que se observa estar organizado em muacuteltiplas
camadas Eacute composta de trecircs camadas principais a epiderme a derme e a hipoderme cada uma
delas com carateriacutesticas estruturais especiacuteficas que levam a diferentes niacuteveis de condutividade
eleacutetrica e que podem ser representados atraveacutes de modelos baseados em componentes eleacutetricos
baacutesicos [14] Podemos entatildeo do ponto de vista eleacutetrico simular os tecidos bioloacutegicos a partir de um
circuito eleacutetrico formado por resistecircncias e condensadores dispostos em redes com seacuteries e paralelos
agindo estes como condutores ou dieleacutetricos nos quais o fluxo de corrente seguiraacute o caminho de
menor oposiccedilatildeo (Figura 7) Um exemplo ilustrativo desta situaccedilatildeo estaacute representado para o stratum
corneum a camada mais perifeacuterica da epiderme como este tecido eacute relativamente pouco condutor
apresenta uma elevada impedacircncia agrave transmissatildeo das correntes eleacutetricas [20] Assim devido agraves suas
propriedades dieleacutetricas a sua pequena espessura e o seu posicionamento entre o eleacutetrodo condutor
exterior e os tecidos subjacentes mais condutores eacute possiacutevel a sua representaccedilatildeo por meio de um
condensador de placas paralelas
Figura 7 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da interface com a pele e
o seu modelo de circuito eletroacutenico equivalente Adaptado de [14]
O valor da capacidade eleacutetrica da pele estaacute relacionado com a espessura e composiccedilatildeo da camada
coacuternea e tem um valor tiacutepico no intervalo 002-006 microFcm2 [14]
Por outro lado uma vez que alguns iotildees conseguem atravessar o stratum corneum atraveacutes dos
elementos da pele (foliacuteculos do cabelo suor canais das glacircndulas sebaacuteceas imperfeiccedilotildees da pele)
isso pode ser representado coletivamente por uma resistecircncia que seraacute colocada em paralelo com o
condensador Como as camadas subjacentes agrave epiderme satildeo relativamente condutoras representam-
se por uma resistecircncia em seacuterie adicional A presenccedila de uma elevada densidade de foliacuteculos pilosos
(que atuam como derivaccedilotildees de baixa resistecircncia) daacute origem a um valor muito baixo na resistecircncia da
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pele No entanto esta observaccedilatildeo eacute contrabalanccedilada pela dificuldade em fazer contato mecacircnico e
eleacutetrico firme Em tais casos a impedacircncia da pele eacute muito elevada e por vezes eacute necessaacuterio recorrer
agrave remoccedilatildeo dos pelos antes de realizar o exame [14]
231 Hidrataccedilatildeo da pele
O processo de hidrataccedilatildeo da pele humana acontece por duas vias a interna e a externa [21] No
caso da via interna isto acontece quando os queratinoacutecitos migram atraveacutes da derme e sofrem
alteraccedilotildees significativas uma vez que paralelamente a esse processo satildeo libertados liacutepidos e o fator
de hidrataccedilatildeo natural da pele (NMF - Natural moisturizer factor) No caso dos liacutepidos estes formam
uma barreira para a perda de aacutegua e ajudam a reter a hidrataccedilatildeo natural da pele Jaacute no caso da
hidrataccedilatildeo por via externa esta acontece quando introduzimos na pele substacircncias cosmeacuteticas e
farmacecircuticas com capacidades de humedecer as camadas externas da pele para isso na produccedilatildeo
destas substacircncias satildeo utilizadas principalmente trecircs tipos de ingredientes (1) os humectantes que
Incluem a glicerina a ureia e o aacutecido carboxiacutelico da pirrolidona (PCA) que atuam atraindo a aacutegua das
camadas inferiores da derme e ajudando a manter essa aacutegua no estrato coacuterneo (2) os agentes oclusivos
que aumentam os niacuteveis de humidade proporcionando uma barreira fiacutesica para a perda de aacutegua (ceras
oacuteleos e silicones) (3) os emolientes que procuram restaurar os NMF [21]
2311 O gel para utilizaccedilatildeo com os eleacutetrodos
O gel utilizado nos eleacutetrodos serve para (1) assegurar um bom contacto eleacutetrico com a pele do
paciente (2) facilitar a transferecircncia de carga na interface eleacutetrodo-eletroacutelito e assim (3) diminuir
a impedacircncia do estrato coacuterneo [14]
Existem dois tipos de gel o gel huacutemido normalmente denominados como pasta creme ou
substacircncia gelatinosa e o hidrogel Os primeiros satildeo geralmente compostos por aacutegua um agente
espessante bactericidasfungicidas sais ioacutenicos e um surfatante O sal ioacutenico tem como finalidade
conferir condutividade eleacutetrica ao gel e diminuir a impedacircncia eleacutetrica da pele atraveacutes da sua difusatildeo
na mesma Normalmente os sais utilizados satildeo o cloreto de soacutedio (NaCl) ou de potaacutessio (KCl) uma vez
que a maior parte dos iotildees presentes na superfiacutecie da pele humana satildeo o cloreto o soacutedio e o potaacutessio
permitindo assim que elevadas concentraccedilotildees destes sais sejam melhor toleradas pelo corpo
[14][18][22] Por outro lado o hidrogel eacute um gel soacutelido que incorpora hidrocoloacuteides naturais no
entanto a utilizaccedilatildeo destes agentes naturais por vezes provoca desempenhos variaacuteveis e cores pouco
atrativas levando assim agrave utilizaccedilatildeo de hidrocoloacuteides artificiais de modo a eliminar variabilidades
indesejadas
O hidrogel tecircm tendecircncia a causar menos irritaccedilotildees na pele quando comparado com o gel huacutemido
porque o hidrogel limita-se a garantir um bom contato eleacutetrico entre a pele e o eleacutetrodo sem afetar
as propriedades do stratum corneum [14]
14
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O hidrogel eacute eletricamente mais resistivo do que o gel no entanto esta desvantagem eacute
compensada tanto pela utilizaccedilatildeo de maiores aacutereas com hidrogel como tambeacutem pela diminuiccedilatildeo da
espessura da camada do mesmo Contudo isto natildeo eacute suficiente uma vez que o hidrogel natildeo eacute tatildeo
eficaz na hidrataccedilatildeo da pele (tem tendecircncia a absorver humidade) dando assim como resultado um
aumento na impedacircncia da pele [14]
24 Teacutecnicas de revestimento da prata com cloreto de prata
Finas camadas de um determinado metal depositado sobre um substrato desemprenham
muitas vezes uma funccedilatildeo essencial em muitos dispositivos como por exemplo nos circuitos integrados
No caso dos eleacutetrodos eacute necessaacuterio revestir os fios de prata com finas camadas de cloreto de prata
com o intuito de auxiliar a concretizaccedilatildeo das trocas ioacutenicas referidas no capiacutetulo 1 equaccedilatildeo (1) de
modo a ter-se uma transduccedilatildeo do sinal ioacutenico num sinal eleacutetrico de forma eficaz e reversiacutevel Estas
camadas devem apresentar caracteriacutesticas rigorosamente controladas A espessura a estrutura
atoacutemica e a composiccedilatildeo quiacutemica devem ser uniformes [14][18] Eacute tambeacutem importante que exista
pouca ou nenhuma contaminaccedilatildeo por outras partiacuteculas
As propriedades dos filmes satildeo altamente dependentes dos processos de deposiccedilatildeo Estes
devem ter boa aderecircncia e prover uma boa cobertura Deste modo para a preparaccedilatildeo da prata para
eleacutetrodos a teacutecnica a utilizar deve ser a deposiccedilatildeo eletroquiacutemica atraveacutes de um processo que envolve
a deposiccedilatildeo de um material soacutelido por meio de uma reaccedilatildeo quiacutemica com ou sem recurso a energia
externa Neste caso os substratos de prata satildeo submersos numa soluccedilatildeo contendo um agente oxidante
(por exemplo cloreto feacuterrico) produzindo assim uma fina camada de cloreto de prata ( ( 4)
Ag + + FCl3 FeCl2 + Ag ( 4 )
Em geral a deposiccedilatildeo por electroless plating de um metal envolve a deposiccedilatildeo de um
revestimento metaacutelico a partir dos seus iotildees presentes num banho aquoso sobre uma superfiacutecie atraveacutes
de uma reaccedilatildeo de reduccedilatildeo quiacutemica controlada que eacute ativada pelo metal que estaacute a ser depositado
(reduzido) [23] Os revestimentos obtidos atraveacutes da implementaccedilatildeo desta teacutecnica satildeo geralmente
uniformes duros com elevadas resistecircncias agrave corrosatildeo e ao desgaste e apresentam baixo coeficiente
de fricccedilatildeo [24][25]
Existe contudo uma enorme variedade de meacutetodos eletroquiacutemicos que permitem a
oxidaccedilatildeodeposiccedilatildeo de finas camadas de cloreto de prata tais como a deposiccedilatildeo assistida por plasma
ou por feixes de iotildees o sputtering a deposiccedilatildeo quiacutemica e a deposiccedilatildeo fiacutesica em fase de vapor etc
[25] Todavia a execuccedilatildeo destes processos envolve a utilizaccedilatildeo de equipamentos altamente
especializados em ambiente de vaacutecuo vaacuterias soluccedilotildees e um campo eleacutetrico de modo a possibilitar a
transformaccedilatildeo de energia quiacutemica em energia eleacutetrica e vice-versa Finalmente um meacutetodo tambeacutem
bastante usado eacute a sinterizaccedilatildeo de poacute de cloreto de prata sobre o substrato metaacutelico dando origem
a um revestimento espesso e poroso
15
15
25 Novo conceito de eleacutetrodo
O desenvolvimento do novo tipo de bioeleacutetrodo busca
colmatar as lacunas presentes nos eleacutetrodos disponiacuteveis
comercialmente (dos tipos huacutemido e seco) Tentando manter as
melhores carateriacutesticas de cada tipo de eleacutetrodo Para isso eacute
necessaacuterio desenvolver o eleacutetrodo com materiais condutores que
possibilitem as trocas ioacutenicas e aleacutem disso tenha a capacidade
de manter huacutemido o ponto de contacto com a pele de forma a
diminuir a impedacircncia na interface mas sem usar pastas ou gel
que sujam a pele
A hidrataccedilatildeo da pele por via externa nos ensaios a
realizar eacute feita atraveacutes da aplicaccedilatildeo de diferentes soluccedilotildees
hidratantes que se encontram embebidas numa esponja num
reservatoacuterio existente no eleacutetrodo (Figura 8) Estas soluccedilotildees tecircm a capacidade de migrar atraveacutes do
eleacutetrodo atraveacutes do efeito de capilaridade e gravidade uma vez que a base do eleacutetrodo eacute feita de
policarbonato com porosidade aberta adequada ao fenoacutemeno da capilaridade
O desenvolvimento deste bioeleacutetrodo inovador possibilita tambeacutem uma colocaccedilatildeo raacutepida
coacutemoda e segura Uma vez que estes passam a ser colocados com uma touca
Finalmente eacute tambeacutem importante referir que a forma do eleacutetrodo em multipino permitiraacute
numerosos pontos de contacto de modo a minimizar a impedacircncia do mesmo contribuindo para a
obtenccedilatildeo de melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
26 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
O ruiacutedo eacute um sinal interferente de natureza aleatoacuteria que provoca a degradaccedilatildeo de sinal
durante o seu processamento Em eletroacutenica diz respeito a quaisquer correntes ou tensotildees indesejadas
que mascaram o sinal que realmente interessa
Nos dispositivos e circuitos eletroacutenicos existem inuacutemeras fontes de ruiacutedo dai a importacircncia
na sua caraterizaccedilatildeo
Um tipo importante de ruiacutedo eacute o ruiacutedo de Johnson-Nyquist presente nos portadores de carga
e em todos os elementos com resistecircncia eleacutetrica Este tipo de ruiacutedo eacute caraterizado por uma densidade
espectral de potecircncia (do inglecircs power spectral density - PSD) uniforme e forma de onda gaussiana
[26]
O ruiacutedo de Johnson-Nyquist eacute comumente chamado ruiacutedo teacutermico e a sua tensatildeo eficaz pode
ser calculado atraveacutes da ( 5 para uma resistecircncia eleacutetrica R
Vt= radic4∙k∙T∙B∙R=radic16times1020
∙B∙R ( 5 )
Figura 8 Eleacutetrodo de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios A representa o fio de prata B a soluccedilatildeo condutora C a esponja do reservatoacuterio e D material de policarbonato de natureza porosa onde se estabelece o contacto com a pele
16
16
onde k representa a constante de Boltzmann em JK T a temperatura da resistecircncia em K B
a banda equivalente de ruiacutedo e R o valor da resistecircncia em Ohm
Para o caacutelculo da banda equivalente de ruiacutedo considera-se que o sistema tem uma funccedilatildeo de
transferecircncia do tipo 1198810
119881119894frasl = 119860(119895119891) e estaacute sujeito a uma entrada de ruiacutedo de PSD 119878119881119894
Deste modo
obtemos que o valor meacutedio da tensatildeo de ruiacutedo na saiacuteda para um amplificador seraacute
1198811198990
2 = int 119878119881119894 |A(jf)|2 partfinfin
0
( 6 )
Sendo |119860(119895119891)| usualmente uma funccedilatildeo do tipo
Figura 9 Funccedilatildeo de um filtro passa-baixos |119912(119947119943)|
Uma vez que as regiotildees sombreadas satildeo iguais pode-se simplificar o caacutelculo atraveacutes da aacuterea
de um retacircngulo com a mesma aacuterea que o quadrado da funccedilatildeo de transferecircncia Temos entatildeo que a
banda equivalente eacute dada por
B=1
|A0|2int |A(jf)|2 partf
infin
0
( 7 )
Outro tipo de ruiacutedo presente nos equipamentos eletroacutenicos que eacute interessante estudar eacute o
ruiacutedo ldquoshotrdquo ou ruiacutedo de corrente (Ish) que como o nome indica estaacute associado agrave corrente DC que
flui atraveacutes de uma barreira de potencial e pode ser representado por
Ish= radic2∙q∙IDc∙B ( 8 )
Onde q representa a carga eletroacutenica em coulomb e IDC a corrente contiacutenua meacutedia em ampere
Finalmente outro tipo de ruiacutedo a estudar seraacute o ruiacutedo 1f ldquoflickerrdquo ou ruiacutedo de contacto (If)
que ocorre devido agraves diferenccedilas nos niacuteveis de energia eleacutetricos quando existe um contato imperfeito
entre dois materiais Este tipo de ruiacutedo pode ser calculado atraveacutes de
119868119891 = 119870 ∙ 119868119863119888 ∙ radic119861
radic119891 ( 9 )
Onde K eacute um valor constante que depende do material e da geometria
A baixas frequecircncias este ruiacutedo eacute chamado de ruiacutedo ldquo1frdquo devido agrave tendecircncia caracteriacutestica
de decrescimento com a frequecircncia Eacute importante notar que a magnitude do ruido ldquoflickerrdquo pode ser
17
17
muito grande para pequenas frequecircncias o que leva a que seja a forma de ruiacutedo predominante em
circuitos de baixa frequecircncia
Considerando o ruiacutedo total como adiccedilatildeo das contribuiccedilotildees dos vaacuterios tipos de ruiacutedo na
configuraccedilatildeo eleacutetrica adotada para um amplificador pode-se considerar que o ruiacutedo na entrada segue
a representaccedilatildeo da Figura 10 da qual eacute possiacutevel retirar que
1198681198992 =
1198811198991199052 minus 119881119899
2 minus 1198811199052
1198771199042 ( 10 )
Na praacutetica In pode ser calculado atraveacutes da PSD do ruiacutedo total obtido com uma resistecircncia
elevada de modo a que 1198811198990≫ 119860radic119881119899
2 ∙ 1198811199052 e que Vn eacute a PSD do sistema com a entrada em curto circuito
Figura 10 Circuito representativo dos componentes do ruiacutedo do amplificador na entrada segundo o modelo Vn-In
No corpo humano a captaccedilatildeo dos biopotenciais no escalpe estaacute sujeita agrave presenccedila de ruiacutedo
eleacutetrico intriacutenseco indesejado na interface eleacutetrodogelpele que faz com que o processo de deteccedilatildeo
e anaacutelise dos sinais bioloacutegicos reais seja mais complicado Eacute necessaacuterio por isso caracterizar e
conhecer a magnitude e origem destas flutuaccedilotildees de modo a caraterizar a qualidade dos eleacutetrodos
desenvolvidos
O ruiacutedo eleacutetrodo-pele pode estar ligado agrave interface entre o eleacutetrodo e o eletroacutelito ou entatildeo
agrave interface eletroacutelito-pele No primeiro caso esta situaccedilatildeo pode ser mensurada atraveacutes da colocaccedilatildeo
de eleacutetrodos do mesmo tipo um contra o outro Por outro lado o ruiacutedo produzido pela interface
eletroacutelito-pele deve ser mensurado de uma forma indireta atraveacutes do contacto direto entre o eleacutetrodo
e a pele Nesta situaccedilatildeo o ruiacutedo eacute tipicamente mais elevado do que o que se obteacutem na interface
eleacutetrodo-eletroacutelito [3] Uma vez que os resultados obtidos nestes ensaios dependem diretamente do
estado da pele eacute importante garantir um tratamento preacutevio adequado
18
18
261 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio do tempo RMS e Deriva do potencial
A raiz do valor quadraacutetico meacutedio RMS (do inglecircs root mean square) ou valor eficaz eacute uma
medida estatiacutestica da magnitude de uma quantidade variaacutevel que pode ser calculada atraveacutes da
expressatildeo
120600119877119872119878 = radic1
119873 sum120600119894
2
119873
119894=1
= radic1206001
2 + 12060022 + ⋯+ 120600119873
2
119873 ( 11 )
Nos sinais a estudar satildeo calculados os valores RMS da parte alternada do sinal em intervalos
de tempo sucessivos Destes valores eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees acerca da evoluccedilatildeo temporal do
sinal assim como a quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo
Por outro lado a deriva do potencial eacute calculada recorrendo agrave primeira derivada do sinal nos
diferentes pontos pela componente contiacutenua do sinal sendo portanto de natureza lenta Eacute possiacutevel
por isso analisar a deriva do potencial e o tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema atraveacutes do recurso desde
caacutelculo
262 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio das frequecircncias Densidade espectral
A densidade espectral de potecircncia PSD eacute definida pela transformada de Fourier da funccedilatildeo
de autocorrelaccedilatildeo (Rxx (120591)) de um processo estacionaacuterio ou seja
Teorema de Wiener-Khintchine 119878119909(119891) = F[Rxx(120591)]= int Rxx(120591)119890minus 1198952120587119891120591119889120591infin
minusinfin
( 12 )
Por outras palavras a PSD descreve a distribuiccedilatildeo da variacircncia de um processo aleatoacuterio no
domiacutenio da frequecircncia [27][28]
No Matlab esta estimaccedilatildeo eacute feita atraveacutes da funccedilatildeo pwelch jaacute implementada esta segue o
meacutetodo Welch para o caacutelculo da PSD Este meacutetodo eacute baseado no conceito de utilizaccedilatildeo de
periodogramas de estimaccedilatildeo espectral que satildeo o resultado da conversatildeo de um sinal no domiacutenio
temporal para o domiacutenio da frequecircncia [29] Para isso o meacutetodo Welch segue o fundamento do
meacutetodo Bartlett contudo permite a sobreposiccedilatildeo de segmentos [30]
O meacutetodo Bartlett consiste primeiramente na divisatildeo do segmento original de N amostras em
K segmentos de comprimento M Para cada segmento eacute obtido o periodograma calculado atraveacutes da
transformada discreta de Fourier de seguida eacute calculado o quadrado do resultado e dividido por M
Finalmente eacute feita a meacutedia do resultado dos periodogramas para todos os segmentos de K amostras
resultando num uacutenico vetor de potenciais em funccedilatildeo da frequecircncia Ou seja a reparticcedilatildeo da potecircncia
ao longo do espetro [28]
19
19
27 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo da impedacircncia
Um sistema eletroquiacutemico eacute aquele onde haacute a presenccedila de pelo menos uma fase condutora
eletroacutenica (eleacutetrodo) em contato direto com uma fase condutora ioacutenica (eletroacutelito) as quais originam
a interface eleacutetrodo-eletroacutelito onde se forma duma dupla camada eleacutetrica
A mediccedilatildeo da impedacircncia eletroquiacutemica em modo potenciostaacutetico eacute feita atraveacutes da
aplicaccedilatildeo de um sinal de potencial eleacutetrico sinusoidal 119881(119905) com cerca de 5 a 20 mV numa ceacutelula
eletroquiacutemica Satildeo medidas a resposta na forma de corrente eleacutetrica 119868(119905) e diferenccedila de fase entre
o sinal de potencial e o sinal da corrente [31] Ao medir a corrente alternada que atravessa a ceacutelula
eletroquiacutemica obtemos a impedacircncia Z da forma convencional 119885 = 119881119868 [32] Refira-se que a obtenccedilatildeo
da impedacircncia pode igualmente ser feita impondo uma perturbaccedilatildeo de corrente e medindo o
potencial A impedacircncia do eleacutetrodo reflete entatildeo a capacidade do eleacutetrodo para transferir carga a
determinada frequecircncia [32][33]
Deste modo tem-se se os valores da tensatildeo alternada V(t) e da intensidade I(t) forem
representados por
V(t)=V0∙ cos ωt
( 13 )
I(t)=I0∙ cos (ωt+φ) ( 14 )
No qual V0 representa a amplitude de pico do sinal 120596 a frequecircncia angular (120596 = 2120587119891) I0 a
amplitude do sinal de corrente e 120593 a diferenccedila de fase entre os dois sinais
Pela equaccedilatildeo de Euler
eiφ= cos φ +j sin φ ( 15 )
temos entatildeo que se φ=120596119905
V(t)= V0∙Re(ejωt) ( 16 )
representando essa tensatildeo alternada como uma parte real de uma grandeza complexa
temos que V(t) eacute equivalente a
V(t)=V0∙Re(119888119900119904120596119905 + 119895 ∙ 119904119894119899 120596119905) ( 17 )
Por outro lado atendendo agrave Equaccedilatildeo de Euler acima descrita a corrente eleacutetrica gerada
por um elemento de circuito em resposta a uma tensatildeo alternada pode ser escrita como
I(t)=I0∙Re(119890(120596119905+120593))
( 18 )
Deste modo a impedacircncia fica
Z(ω)=Z0∙ejφ
( 19 )
e aplicando a equaccedilatildeo de Euler
Z(ω)=Z ( cos φ + j sin φ ) ( 20 )
20
20
Obtemos uma equaccedilatildeo composta de uma parte real e uma parte imaginaacuteria possibilitando
assim a sua representaccedilatildeo num plano cartesiano onde a parte real corresponderaacute ao eixo das abcissas
e a parte imaginaria ao eixo das ordenadas (Diagrama de Nyquist)
Pode-se tambeacutem representar a impedacircncia como um vetor no plano complexo
Z (ω)=Re[Z(ω)]i +Im[Z(ω)]j ( 21 )
E se Z0 for o moacutedulo da impedacircncia a parte real de 119885(120596) escreve-se
Z=Z0∙ cos φ
( 22 )
sendo a parte imaginaacuteria representada por
Z=Z0∙ sin φ
( 23 )
que segundo a representaccedilatildeo de Fresnel corresponde a
Z(ω)=Z+ j Z
( 24 )
ou seja
1198850=|Z(ω)|=radicZ2+ Z
2 ( 25 )
e
tan φ = Z
Zfrasl ( 26 )
Os diagramas de Nyquist satildeo uacuteteis para reconhecer o tipo de processo envolvido Os diagramas
de Bode por outro lado mostram a dependecircncia direta do acircngulo de fase com a frequecircncia Este
uacuteltimo eacute particularmente interessante em escalas de frequecircncia muito diferentes uma vez que eacute
frequentemente representado atraveacutes da escala logariacutetmica portanto os resultados nos capiacutetulos
subsequentes seratildeo apresentados neste formato
21
21
A teacutecnica de Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica (do inglecircs Electrochemical
Impedance Spectroscopy - EIS) fornece uma visatildeo completa e detalhada das caracteriacutesticas eleacutetricas
da interface eleacutetrodo-eletroacutelito quando efetuada
numa gama suficientemente largada de frequecircncias
Na Figura 11 estaacute representado um esquema da
montagem experimental para mediccedilatildeo da
impedacircncia As reaccedilotildees eletroquiacutemicas satildeo em
essecircncia reaccedilotildees quiacutemicas em que ocorrem
transferecircncia de eletrotildees para um eleacutetrodo e como
regra ocorrem de acordo com princiacutepios quiacutemicos
gerais Haacute contudo certas caracteriacutesticas das
reaccedilotildees eletroquiacutemicas que satildeo uacutenicas Algumas
delas envolvem a transferecircncia de eletrotildees atraveacutes
de uma interface (reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo) o
que acarreta uma dependecircncia com as dimensotildees e
aacuterea do eleacutetrodo assim como tambeacutem das
propriedades da interface com o eleacutetrodo
Eacute habitual que os eleacutetrodos de AgAgCl apresentem potenciais relativamente baixos e
estaacuteveis Portanto a deposiccedilatildeo da camada de AgCl estabilizaraacute o potencial do eleacutetrodo e reduziraacute os
niacuteveis de impedacircncia Eacute de salientar que impedacircncias aceitaacuteveis para os eleacutetrodos de superfiacutecie devem
encontrar-se abaixo dos 5 k uma vez que quanto maior a impedacircncia maior seraacute a resistecircncia do
eleacutetrodo agrave passagem de corrente No entanto valores de 10 k ou mesmo 40 K ainda satildeo
considerados aceitaacuteveis dependendo dos autores [34][35]
Figura 11 Esquema representativo do ensaio potenciostaacutetico para mediccedilatildeo da impedacircncia
22
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Capiacutetulo 3 Materiais e meacutetodos
Materiais e meacutetodos
31 Preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes
Na preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes dissolveu-se cloreto de soacutedio (NaCl) em aacutegua
adicionando de seguida um tensioativo (tweencopy-80) e um humectante (propilenoglicol) As
concentraccedilotildees destes componentes variaram nas 3 soluccedilotildees conforme referido na Tabela 2 Conveacutem
referir que cada componente foi dissolvido em constante e contiacutenua agitaccedilatildeo numa placa de
agitaccedilatildeo tendo-se misturado primeiro o propilenogicol com o tweencopy e soacute depois com os restantes
compostos
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas
COMPONENTE INFORMACcedilAtildeO DO COMPONENTE SOLUCcedilAtildeO
1 2 3
NaCl (mV) VWR-BDH Prolabo Lote 27810295
09 09 09
Tweencopy-80 (VV) Acofarma
Lote 130287 3 3 5
Propilenoglicol(VV) Acofarma
Lote 131337 10 30 30
Aacutegua (VV) - qbp 100 qbp 100 qbp 100
A biocompatibilidade das mateacuterias-primas empregues para a obtenccedilatildeo das soluccedilotildees torna este
novo conceito de eleacutetrodo uma alternativa promissora para utilizaccedilatildeo cliacutenica Esta biocompatibilidade
estaacute inversamente relacionada com a concentraccedilatildeo de cloretos de soacutedio ou seja quanto menor a
concentraccedilatildeo tanto maior a biocompatibilidade das soluccedilotildees Por esse motivo as soluccedilotildees
desenvolvidas contavam com pequenas concentraccedilotildees de sais de modo a ser o mais semelhante
possiacutevel aos componentes ioacutenicos da proacutepria pele humana
24
24
32 Produccedilatildeo dos novos eleacutetrodos
321 Produccedilatildeo da estrutura porosa de policarbonato
A produccedilatildeo da estrutura porosa (wicks) foi realizada atraveacutes da sinterizaccedilatildeo de poacutes de
policarbonato (PC)
No que diz respeito ao processo de fabrico propriamente
dito o primeiro passo consistiu na moagem da mateacuteria-prima
(policarbonato) de seguida estas partiacuteculas foram sinterizadas
atraveacutes de um equipamento designado por cilindro de sinterizaccedilatildeo
Este cilindro foi aquecido a uma temperatura de asymp170degC e atingida
esta gama de temperaturas colocaram-se as partiacuteculas no molde
ldquoWickrdquo com as dimensotildees apresentadas na Figura 12 que se
encontrava dentro do cilindro central Procedeu-se
imediatamente ao encaixe do pistatildeo no cilindro central Para
finalizar mergulhou-se em aacutegua fria o cilindro central contendo o
molde deixando de seguida secar agrave temperatura ambiente [36]
322 Preparaccedilatildeo dos eleacutetrodos de pratacloreto de prata
Para a deposiccedilatildeo da camada de cloreto de prata nos fios de prata recorreu-se a uma teacutecnica
de deposiccedilatildeo quiacutemica Para isso os fios de prata (Ag) (diacircmetro = 250 miacutecron 9999 Goodfellow
Cambridge) foram oxidados com uma soluccedilatildeo de cloreto de ferro (III) (MERCK Lote 7705-08-0) apoacutes
um preacute-tratamento que permitiu a remoccedilatildeo de impurezas e sujidades presentes na superfiacutecie dos fios
Este preacute-tratamento consistiu na limpeza da superfiacutecie dos fios com 2-propanol e posterior imersatildeo
dos mesmos numa tina de ultrassons com 2-propanol durante 10 minutos De seguida mergulharam-
se os fios de prata em aacutegua destilada de forma a remover todo o 2-propanol presente Finalmente
o processo de oxidaccedilatildeo consistiu em submergir os fios de prata numa soluccedilatildeo aquosa de FeCl3 50 mM
durante 2 minutos ao finalizar este periacuteodo foram armazenados durante 24h num recipiente revestido
com folha de alumiacutenio que possuiacutea uma soluccedilatildeo de HCl 01M para estabilizaccedilatildeo Os fios que natildeo foram
utilizados imediatamente foram armazenados num recipiente revestido com folha de alumiacutenio com
uma soluccedilatildeo de HCl 0005M O comprimento de cada fio de prata eacute aproximadamente de 8 cm
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato
25
25
323 Montagem dos eleacutetrodos
Apoacutes o fabrico da estrutura porosa e da preparaccedilatildeo dos
fios de prata procedeu-se agrave montagem dos eleacutetrodos para isso
cortaram-se pequenas porccedilotildees de uma esponja em poliuretano
com configuraccedilatildeo ciliacutendrica e um diacircmetro semelhante ao da
parte superior da estrutura porosa De seguida atravessou-se esta
esponja com o fio de prata e inseriu-se o conjunto ldquoesponja +
arame de pratardquo dentro de um orifiacutecio superior que a estrutura
porosa possui Finalmente incorporou-se esta estrutura dentro de
um tubo de PVC de modo a atingir a configuraccedilatildeo apresentada na
Figura 13
33 Preparaccedilatildeo dos ensaios
Antes do iniacutecio dos ensaios os eleacutetrodos foram previamente lavados com 2-propanol e
colocados na estufa de modo a evaporar os resiacuteduos do aacutelcool Posteriormente foi aplicada a soluccedilatildeo
hidratante que se pretendia estudar de modo a que a esponja ficasse completamente embebida Desta
forma por uma parte os novos eleacutetrodos em estudo foram testados recorrendo agraves soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 e por outra os eleacutetrodos que serviram como controlo (eleacutetrodo de AgAgCl
(BIO EASYCAP GmbH Alemanha)) utilizaram o gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) Foram tambeacutem utilizados eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) como referecircncia
Para os estudos eletroquiacutemicos incorporaram-se os eleacutetrodos numa montagem constituiacuteda por
um potenciostatogalvanostato Gamry G-300 (Gamry Instruments USA) De modo a diminuir o ruiacutedo
eletroacutenico os ensaios foram todos realizados dentro de uma Gaiola de Faraday Eacute importante referir
que uma vez o nosso sistema de aquisiccedilatildeo de dados era ldquoearth groundedrdquo seguiu-se a sugestatildeo da
bula do Gamry e optou-se unicamente por ligar o ldquofloating groundrdquo agrave gaiola
34 Condiccedilotildees dos ensaios
A primeira parte do trabalho foi desenvolvida laquoIn vitroraquo com eleacutetrodos multipino foi feito
entatildeo um estudo do ruido eletroquiacutemico entre eleacutetrodos do mesmo tipo nas diferentes soluccedilotildees
referidas na Tabela 2 De seguida realizou-se um estudo das impedacircncias dos novos eleacutetrodos nas
diferentes soluccedilotildees seguidos por um estudo de controlo realizado nas mesmas condiccedilotildees com o
eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente e o correspondente gel hidratante Estes ensaios foram
reproduzidos 3 vezes uma vez que em estudos anteriores jaacute se tinha verificado uma boa
reprodutibilidade dos ensaios
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios
26
26
Na segunda fase dos estudos realizou-se uma avaliaccedilatildeo do ruido da impedacircncia vs frequecircncia
laquoIn vivoraquo com as diferentes soluccedilotildees Estes ensaios foram realizados em 8 voluntaacuterios saudaacuteveis 6 do
sexo feminino e 2 do masculino Deste modo consegue-se escolher uma soluccedilatildeo para avanccedilar ao
estaacutegio seguinte que consistia na mediccedilatildeo e comparaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos obtidos tanto
com os eleacutetrodos de controlo como com os eleacutetrodos multipino porosos com a soluccedilatildeo hidratante mais
adequada Os resultados foram obtidos com a participaccedilatildeo de 2 voluntaacuterios saudaacuteveis de ambos sexos
341 Ensaios laquoIn vitroraquo
3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito
Nos ensaios de ruiacutedo eletroquiacutemico apenas foram utilizados eleacutetrodos multipino porosos
Fig14 (b) sendo um ligado ao terminal do eleacutetrodo de trabalho e o outro ao terminal do eleacutetrodo de
referecircncia A distacircncia entre os eleacutetrodos foi controlada durante o decorrer dos ensaios optando-se
por uma distacircncia de 3 cm entre os dois eleacutetrodos Foi tambeacutem realizada uma montagem de controlo
nas mesmas condiccedilotildees contudo esta era constituiacuteda por dois eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel
Electro-Cap International Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA)
Estabelecida a montagem do sistema eletroacutenico procedeu-se agrave mediccedilatildeo do ruiacutedo eleacutetrico em
circuito aberto para isso recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software ldquoESA410 Data Acquisitionrdquo da Gamry
um software projetado especificamente para a aquisiccedilatildeo e anaacutelise de sinais de ruiacutedo eletroquiacutemico
[37] Para aquisiccedilatildeo dos dados o ESA410trade associa-se ao potenciostato Gamry que faz aquisiccedilatildeo dos
dados em modo potenciostaacutetico a recolha dos dados eacute feita em circuito aberto O teste para cada
eleacutetrodo foi realizado ao longo de 12 minutos com uma taxa de amostragem constante de 1000 Hz
ao longo de todo o teste e um filtro de 10 A frequecircncia de amostragem foi escolhida tendo em conta
o Teorema de Nyquist que afirma que a frequecircncia de amostragem de um sinal analoacutegico para que
possa posteriormente ser reconstituiacutedo com o miacutenimo de perda de informaccedilatildeo deve ser igual ou maior
a duas vezes a maior frequecircncia do espectro desse sinal 119861 le119891119904
2 Por outras palavras a frequecircncia
maacutexima do sinal de entrada deveraacute ser menor ou igual a metade da taxa de amostragem [38] Para
que isto seja conseguido o sistema incorpora um filtro passa-baixo ldquoanti-aliasrdquo (deixa passar baixas
frequecircncias mas atenua as frequecircncias maiores do que a frequecircncia de Nyquist) [39]
3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito
Na montagem eletroacutenica dos ensaios de impedacircncia o contra eleacutetrodo era representado por
um eleacutetrodo comercial de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) o eleacutetrodo de trabalho um
eleacutetrodo poroso multipino (cada ensaio com as suas diferentes soluccedilotildees) e o eleacutetrodo de referecircncia
um eleacutetrodo de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) Fig14 (a) Optou-se tambeacutem pela
27
27
implementaccedilatildeo de um controlo com eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap International
Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap International Inc USA)
A obtenccedilatildeo dos dados eacute feita atraveacutes da teacutecnica de espectroscopia de impedacircncia
eletroquiacutemica em modo potenciostaacuteticordquo presente no software EIS300TM da Gamry neste modo de
funcionamento eacute aquirido um espectro de impedacircncia ao longo do intervalo de frequecircncias de 10 kHz
ateacute 01 Hz com uma tensatildeo AC aplicada (5 mV RMS) da tensatildeo de desvio DC (0 V vs circuito aberto)
e representados 3 pontos por deacutecada
(a) (b)
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo
342 Ensaios laquoIn vivoraquo
3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele
De modo a mensurar o ruiacutedo
causado pela interface entre o eletroacutelito e
a pele procedeu-se agrave montagem de um
sistema semelhante ao utilizado nos
ensaios do ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito dentro
de uma gaiola de Faraday contudo estes
ensaios foram realizados laquoIn vivoraquo
procedendo-se agrave colocaccedilatildeo dos dois
eleacutetrodos na zona anterior da tiacutebia com
um espaccedilo entre eles de 3 cm (Figura 15)
apoacutes a superfiacutecie da pele ter sido limpa
com etanol a 70
A montagem contava com um sistema de seguranccedila inserido em seacuterie no sistema de mediccedilatildeo
e que corta a corrente se esta for superior a 100 microA
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
28
28
A mediccedilatildeo do ruido foi feita tendo em conta o tipo de eleacutetrodo tendo-se para isso optado por
fazer as mediccedilotildees com eleacutetrodos do mesmo tipo ou seja num primeiro ensaio mensurou-se o ruido
entre 2 eleacutetrodos de pratacloreto de prata com o respetivo gel hidratante e numa segunda
abordagem optou-se por mensurar o ruido entre dois dos eleacutetrodos porosos com as diferentes soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 Contudo foi controlada a pressatildeo da banda que fixava os eleacutetrodos porosos
agrave tiacutebia sendo estipulado o valor da pressatildeo no intervalo de 15N a 2N
Neste ensaio o primeiro eleacutetrodo encontra-se ligado aos terminais dos eleacutetrodos de trabalho
o segundo ao terminal da referecircncia e o cabo do ground foi ligado agrave gaiola
Os paracircmetros dos ensaios foram os mesmos que os utilizados para a mediccedilatildeo do ruido
eleacutetrodo-eletroacutelito apresentados na secccedilatildeo 3411 contudo o tempo de aquisiccedilatildeo de sinal foi
reduzido a 5 minutos de modo a minorar o tempo de exposiccedilatildeo dos voluntaacuterios aos exames
3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele
laquoIn vivoraquo estes ensaios foram feitos logo
apoacutes a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico portanto a
superfiacutecie da pele se encontrava limpa e a
colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos obedecia agrave regra dos 3 cm
de distacircncia entre eleacutetrodos e 15-2N de pressatildeo
Para a mediccedilatildeo da impedacircncia eacute utilizada uma
configuraccedilatildeo diferente como referido no capitulo
33 Satildeo portanto utilizados 2 eleacutetrodos
comerciais de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH
Alemanha) um como referecircncia e outro como
contra eleacutetrodo e o eleacutetrodo em estudo
propiamente dito seja este o comercial (controlo)
ou o novo eleacutetrodo (Figura 16)
Os resultados obtidos para as diferentes
frequecircncias aleacutem de poderem ser representados
pelo diagrama de Nyquist como referido anteriormente podem tambeacutem ser representados num
Diagrama de Bode Neste diagrama a distribuiccedilatildeo dos valores de impedacircncia por vaacuterias ordens de
grandeza eacute representada em coordenadas polares (magnitude log|119885| em funccedilatildeo de log120596 )
3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos primariamente limpou-se a superfiacutecie do
escalpe com aacutelcool a 70 de modo a minimizar a camada gordurosa da pele De seguida procedeu-se
agrave colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos Foram colocados dois eleacutetrodos de AgAgCl (comerciais) um de forma a
servir como controlo (posiccedilatildeo O2) e outro em curto-circuito com o ground e a referecircncia (posiccedilatildeo
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino
durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia
29
29
Fp2) O eleacutetrodo poroso em estudo colocou-se a cerca de 3 cm do eleacutetrodo de AgAgCl posiccedilatildeo O2
de modo a captar o mesmo sinal que o obtido pelo eleacutetrodo de controlo (Figura 17)
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos
35 Implementaccedilatildeo em Matlab
Apoacutes a importaccedilatildeo do ficheiro obtido nos ensaios de ruiacutedo para o Matlab foi criado um filtro
Butterworth de ordem 20 de 05 ateacute 40 Hz atraveacutes da funccedilatildeo jaacute implementada pelo Matlab
ldquofdesignbandpassrdquo De seguida eacute aplicado o filtro duas vezes A primeira desde o primeiro ponto ateacute
o uacuteltimo e o segundo na ordem inversa Deste modo consegue-se natildeo soacute uma filtragem dupla mas
tambeacutem o cancelamento da fase dos filtros Assim efetivamente o filtro utilizado eacute de ordem 40 de
fase nula
De seguida eacute dividido o ensaio em segmentos de 30 segundos rejeitando os primeiros 10
segundos do ensaio Para cada segmento natildeo sobreposto eacute calculado o valor RMS da tensatildeo a
densidade espectral de potecircncia atraveacutes da estimaccedilatildeo pwelch do Matlab e o declive meacutedio (primeira
derivada do sinal) Contudo no final eacute calculada tambeacutem a densidade espectral de potecircncia global
que eacute expressa em dB
30
30
31
31
Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos
Resultados obtidos e discussatildeo
41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo
411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos
eleacutetrodos
Neste estudo eacute de extrema relevacircncia a eleiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante a utilizar Para isso
recorreu-se agrave realizaccedilatildeo de vaacuterios ensaios que possibilitassem uma avaliaccedilatildeo objetiva da resposta do
sistema Efetuou-se entatildeo primeiro uma anaacutelise do ruiacutedo ao longo de 12 minutos com os eleacutetrodos
multipino nas diferentes soluccedilotildees (um medido contra o outro) e a respetiva referecircncia de seguida
realizou-se um ensaio para mensurar a resistecircncia agrave passagem de corrente com os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees e a respetiva referecircncia
Assim sendo a Figura 18 revela a impedacircncia dos eleacutetrodos nas diferentes soluccedilotildees testadas
Nesta pode-se observar que a soluccedilatildeo 1 apresenta niacuteveis de impedacircncia ligeiramente mais baixos que
as restantes soluccedilotildees Contudo os seus niacuteveis encontram-se uma deacutecada acima dos valores obtidos
pelo eleacutetrodo e AgAgCl utilizado comercialmente com o respetivo gel hidratante Observa-se ainda
que os desvios padratildeo satildeo tatildeo baixos que quase natildeo satildeo percetiacuteveis o que significa que os ensaios satildeo
bastante reprodutiacuteveis Eacute tambeacutem importante notar que ao longo de todas as frequecircncias testadas
os valores de impedacircncia aleacutem de se encontrarem todos abaixo dos valores maacuteximos permitidos (20-
40 k) [35] encontram-se ainda abaixo dos 5 k referidos como valores de impedacircncia ideal por vaacuterios
fornecedores [40][41] o que eacute de extrema relevacircncia nos passos subsequentes de aquisiccedilatildeo do sinal
uma vez que eacute indispensaacutevel ter baixos niacuteveis de impedacircncia para conseguir captar ondas cerebrais
32
32
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Foram ainda feitas mediccedilotildees de ruiacutedo nas mesmas condiccedilotildees Realizando-se de seguida uma
anaacutelise no domiacutenio temporal e outra no domiacutenio das frequecircncias Para isso como foi referido no
capitulo 35 recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software Matlab A primeira anaacutelise eacute feita no domiacutenio
temporal (Figura 19 (a)) sob a forma de um graacutefico da tensatildeo meacutedia (RMS) em funccedilatildeo do tempo que
eacute obtida apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa-alto de modo a retirar a componente DC do sinal e assim
obter um sinal de ruiacutedo para altas frequecircncias que seraacute representado em periacuteodos de 30 segundos
Deste modo eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees da quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo de
estabilizaccedilatildeo do eleacutetrodo O que se observa eacute que os niacuteveis de ruiacutedo ao longo do tempo variam entre
185 microV ateacute 2 microV o que equivale a uma variaccedilatildeo maacutexima de 015 microV tanto para os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees como para o eleacutetrodo de AgAgCl no respetivo gel hidratante Observa-se
ainda que aleacutem das pequenas variaccedilotildees ao longo do tempo o desvio padratildeo para todas as soluccedilotildees eacute
muito semelhante sugerindo que natildeo haacute diferenccedilas significativas a niacutevel das soluccedilotildees implementadas
Eacute ainda de salientar que natildeo se observa nenhuma evoluccedilatildeo de ruiacutedo ao longo do tempo o que sugere
uma estabilizaccedilatildeo do sistema muito raacutepida A segunda anaacutelise no domiacutenio temporal corresponde ao
declive meacutedio (Figura 19 (b)) foi realizada recorrendo agrave primeira derivada do sinal em DC obtido a
cada 30 segundos Deste graacutefico eacute possiacutevel retirar informaccedilatildeo referente agrave deriva do potencial e ao
tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema Assim recorrendo agrave sua visualizaccedilatildeo observa-se que a
estabilizaccedilatildeo eacute feita de forma semelhante para todas as soluccedilotildees Contudo a soluccedilatildeo 3 apresenta
menos variaccedilotildees ao longo do tempo valores mais proacuteximos de zero e maior reprodutibilidade entre
ensaios Finalmente o teste de controlo efetuado com os eleacutetrodos comerciais de AgAgCl no gel
aparentam ser ligeiramente menos estaacuteveis contudo os valores se encontram na mesma gama de
tensotildees
33
33
Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Para concluir realizou-se uma anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias para isso recorreu-se ao
graacutefico da densidade espectral de tensatildeo (Figura 20) Nele observa-se que os resultados do ruiacutedo do
sinal aumentam com a diminuiccedilatildeo das frequecircncias numa proporccedilatildeo 119903119906iacute119889119900 ~ 1 119891119903119890119902119906ecirc119899119888119894119886frasl
confirmando os estudos feitos por E Huigen em 2002 [20] No entanto estes tendem a estabilizar a
partir dos 10 Hz em valores proacuteximos dos -238 dB Eacute de referir que a para frequecircncias elevadas o
sinal de ruiacutedo eacute determinado pelo ruiacutedo do amplificador e natildeo pelo ruiacutedo da interface metal-eletroacutelito
uma vez que este eacute significativamente menor do que o ruiacutedo do amplificador impedindo assim a sua
mediccedilatildeo mesmo com equipamentos de baixo ruiacutedo [20]
34
34
Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
35
35
a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
36
36
Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
37
37
Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
38
38
Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
39
39
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
40
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
41
41
Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
42
42
Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
43
43
Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
44
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VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
45
45
Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
46
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47
47
Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
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Referecircncias
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Anexos
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iv
v
Agradecimentos
Eacute com muita satisfaccedilatildeo que expresso aqui o mais profundo agradecimento a todos aqueles que
tornaram a realizaccedilatildeo deste trabalho possiacutevel
Gostaria antes de mais de agradecer ao meu orientador Prof Dr Joseacute Carlos Magalhatildees Duque
da Fonseca e ao Prof Dr Diamantino Rui da Silva Freitas coorientador da tese pela disponibilidade
pelos conhecimentos transmitidos pelas opiniotildees e criacuteticas e pela dedicaccedilatildeo e incentivo demonstrado
ao longo de todas as fases do projeto
A todos os colegas e pessoas que participaram neste estudo e sem os quais esta investigaccedilatildeo natildeo
teria sido possiacutevel
Agraves minhas amigas Inecircs Seco e Luzia Lampreia pelo companheirismo forccedila e apoio nos momentos
difiacuteceis
Agrave minha matildee por acreditar em mim e estar sempre presente por viver para me proteger pela
preocupaccedilatildeo amizade e apoio incondicional pela forccedila e garra que sempre demonstrou sendo por
isso o meu motivo de orgulho e modelo a seguir
Ao meu pai quem sempre me apoiou e transmitiu valores muito importantes por me ter ensinado
os aspetos da vida que realmente importam pela serenidade e paciecircncia que sempre demonstrou
por escutar sem julgar e sobretudo pela confianccedila e liberdade que sempre me concedeu
Estar-lhes-ei sempre grata pelos sacrifiacutecios que fizeram por mim
Ao meu mano por ser o meu confidente por me apoiar e dar na cabeccedila quando merecia por
cuidar de mim a toda hora e estar sempre disponiacutevel
Agrave minha avoacute Florinda que mesmo estando longe nesta fase da minha vida demonstrou que o
carinho quebra barreiras Quero agradecer-lhe pelo amor e pela forccedila que me ofereceu
vii
Iacutendice
Resumo i
Abstract iii
Agradecimentos v
Iacutendice vii
Lista de figuras ix
Lista de tabelas xiii
Abreviaturas e Siacutembolos xv
Capiacutetulo 1 Introduccedilatildeo 1
Capiacutetulo 2 Enquadramento teoacuterico 7 21 Sistema nervoso 7 211 Propagaccedilatildeo do sinal 8 22 Aquisiccedilatildeo do sinal 9 221 Eleacutetrodos 10 2211 Eleacutetrodos invasivos 11 2212 Eleacutetrodos natildeo invasivos 11 23 Interface do eleacutetrodo com a pele 12 231 Hidrataccedilatildeo da pele 13 2311 O gel para utilizaccedilatildeo com os eleacutetrodos 13 24 Teacutecnicas de revestimento da prata com cloreto de prata 14 25 Novo conceito de eleacutetrodo 15 26 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico 15 261 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio do tempo RMS e Deriva do potencial 18 262 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio das frequecircncias Densidade espectral 18 27 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo da impedacircncia 19
Capiacutetulo 3 Materiais e meacutetodos 23 31 Preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes 23 32 Produccedilatildeo dos novos eleacutetrodos 24 321 Produccedilatildeo da estrutura porosa de policarbonato 24 322 Preparaccedilatildeo dos eleacutetrodos de pratacloreto de prata 24 323 Montagem dos eleacutetrodos 25 33 Preparaccedilatildeo dos ensaios 25 34 Condiccedilotildees dos ensaios 25 341 Ensaios laquoIn vitroraquo 26 3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito 26 3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito 26
viii
342 Ensaios laquoIn vivoraquo 27 3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele 27 3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele 28 3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos 28 35 Implementaccedilatildeo em Matlab 29
Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos 31 41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo 31 411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos eleacutetrodos 31 412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na resposta ao
sistema 34 42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo 37
Capiacutetulo 5 Conclusotildees 47
Referecircncias 49
Anexos 51
ix
Lista de figuras
Figura 1 Eleacutetrodo de superfiacutecie comercial (Eleacutetrodo de controlo) 4
Figura 2 Corte transversal do bioeleacutetrodo de superfiacutecie em estudo com reservatoacuterio para a soluccedilatildeo hidratante 4
Figura 3 Representaccedilatildeo do fluxo ioacutenico durante o potencial de accedilatildeo (Adaptado de [16]) 8
Figura 4 Diagrama de blocos representativo de um sistema para aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos 9
Figura 5 Sistema internacional 10-20 para a colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos em EEG (Adaptado de [17]) 10
Figura 6 Representaccedilatildeo das ondas eletroencefalograacuteficas registadas durante um exame de EEG [5] 10
Figura 7 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da interface com a pele e o seu modelo de circuito eletroacutenico equivalente Adaptado de [14] 12
Figura 8 Eleacutetrodo de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios A representa o fio de prata B a soluccedilatildeo condutora C a esponja do reservatoacuterio e D material de policarbonato de natureza porosa onde se estabelece o contacto com a pele 15
Figura 9 Funccedilatildeo de um filtro passa-baixos 119860119895119891 16
Figura 10 Circuito representativo dos componentes do ruiacutedo do amplificador na entrada segundo o modelo Vn-In 17
Figura 11 Esquema representativo do ensaio potenciostaacutetico para mediccedilatildeo da impedacircncia 21
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato 24
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios 25
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo 27
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo
eletroquiacutemico 27
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia 28
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos 29
x
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os
correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 32
Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 33
Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 34
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 35
Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz
respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 36
Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 37
Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 38
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 39
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 40
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para
os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas 40
Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 42
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 42
Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos 43
xi
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso
com os olhos fechados 43
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 44
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 44
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos 45
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados 45
xiii
Lista de tabelas
Tabela 1 Classificaccedilatildeo convencional dos sinais de EEG tendo em conta a gama de frequecircncias em que se encontram com indicaccedilatildeo das situaccedilotildees tiacutepicas de ocorrecircncia [6] 2
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas 23
xv
Abreviaturas e Siacutembolos
Acroacutenimos
EEG Eletroencefalograma
NMF Natural moisturizer factor
PC Policarbonato
PCA Aacutecido carboxiacutelico da pirrolidona
PVC Policloreto de polivinilo
RMS Root mean square (Erro quadraacutetico meacutedio)
SNR ou SN Signal-to-noise ratio (Relaccedilatildeo sinal-ruiacutedo)
EIS Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica
ICM Interface ceacuterebro-maacutequina
Lista de siacutembolos
Ohm
1
Capiacutetulo 1 Introduccedilatildeo
Introduccedilatildeo
O eletroencefalograma (EEG) eacute o registo graacutefico dos potenciais eleacutetricos desenvolvidos no ceacuterebro
que eacute utilizado para o seu estudo Isto eacute feito atraveacutes de eleacutetrodos aplicados no couro cabeludo
diretamente na superfiacutecie encefaacutelica ou ateacute mesmo dentro da substacircncia encefaacutelica [1] O
procedimento foi descrito pela primeira vez pelo fisiologista alematildeo Emil du Bois-Reymond que
descobriu que a propagaccedilatildeo do estiacutemulo nervoso nos neuroacutenios resultava no surgimento de uma
corrente eleacutetrica Contudo soacute comeccedilou a ser usado em 1929 apoacutes Hans Berger (psiquiatra alematildeo)
ter conseguido obter a primeira imagem graacutefica das diferenccedilas de potencial presentes no ceacuterebro
[1][2] A combinaccedilatildeo dos diferentes sinais eacute captada pelos eleacutetrodos sob a forma de uma diferenccedila
de potencial entre cada par de eleacutetrodos (configuraccedilatildeo bipolar) ou entre cada eleacutetrodo e uma
referecircncia (configuraccedilatildeo monopolar) O princiacutepio baacutesico de obtenccedilatildeo dos traccedilados
eletroencefalograacuteficos (EEG) eacute a amplificaccedilatildeo dos sinais eleacutetricos atraveacutes da utilizaccedilatildeo de
amplificadores operacionais de instrumentaccedilatildeo [1][3][4] Estes dispositivos satildeo capazes de amplificar
pequenas diferenccedilas de potencial entre dois pontos do couro cabeludo gerando de seguida na forma
claacutessica por meio de um dispositivo chamado galvanoacutemetro de fio com registador e na forma atual
por meio de digitalizaccedilatildeo e impressatildeo um traccedilado graacutefico com diferentes formas de onda que podem
ser interpretados por especialistas na aacuterea [1][3]
Natildeo se sabe ainda interpretar completamente o significado das ondas do eletroencefalograma
mas sabe-se que estas satildeo geradas pela atividade sinaacuteptica dos neuroacutenios do coacutertex cerebral e pelas
informaccedilotildees neuro-eleacutetricas provenientes dos sistemas sensoriais Os traccedilados resultantes deste
exame quando o individuo se encontra acordado satildeo essencialmente dessincronizados isto eacute
compostos por ondas de tensotildees reduzidas e frequecircncias relativamente altas (ritmos alfa e beta)
Contudo quando o individuo se encontra a dormir e uma vez que nessa situaccedilatildeo o taacutelamo natildeo deixa
passar tatildeo facilmente a informaccedilatildeo que recebe os traccedilados dos potenciais sinaacutepticos do coacutertex
tornam-se menores menos variados e mais sincronizados [5] As ondas deste tipo podem ser descritas
atraveacutes da sua gama de frequecircncias ou de comprimentos de onda e periacuteodos associados e das
amplitudes sendo estas natildeo superiores aos 150 μV e a gama de frequecircncias encontrando-se entre os
05 e 60 Hz num EEG normal sendo portanto estes paracircmetros de grande importacircncia e a ter em
conta na anaacutelise destas ondas [6] Por convenccedilatildeo os sinais satildeo classificados em quatro bandas de
frequecircncia conforme ilustrado na Tabela 1
2
2
Tabela 1 Classificaccedilatildeo convencional dos sinais de EEG tendo em conta a gama de frequecircncias em
que se encontram com indicaccedilatildeo das situaccedilotildees tiacutepicas de ocorrecircncia [6]
ONDA FREQUEcircNCIA OCORREM DURANTE
Delta lt35 Hz Momentos do sono profundo
Theta 4-7 Hz Meditaccedilatildeo e relaxamento profundo
Alfa 8-13 Hz Estados mentais relaxados e no
sono
Beta gt13 Hz Estado normal de vigila
As designadas mediccedilotildees eletroencefalograacuteficas tecircm sido amplamente desenvolvidas e exploradas
por vaacuterios motivos que incluem a sua elevada resoluccedilatildeo temporal (na ordem dos milissegundos) e a
sua sensibilidade tanto agrave duraccedilatildeo como agrave intensidade da atividade neural resultado da sincronizaccedilatildeo
da atividade dos neuroacutenios Eacute tambeacutem uma teacutecnica muito atrativa uma vez que representa um
baixiacutessimo risco para os pacientes por ser um meacutetodo geralmente natildeo invasivo A teacutecnica EEG tem a
grande vantagem de possuir uma excelente resoluccedilatildeo temporal dos sinais Contudo sua principal
limitaccedilatildeo passa pela resoluccedilatildeo espacial uma vez que a propagaccedilatildeo da atividade eleacutetrica ao longo das
vias fisioloacutegicas e do cracircnio pode dar uma impressatildeo errada da localizaccedilatildeo da fonte da atividade
eleacutetrica resultando numa insuficiecircncia de detalhes espaciais para identificar as estruturas e funccedilotildees
relacionadas com a atividade eleacutetrica Todavia embora o sinal eleacutetrico tenha de ser transmitido
atraveacutes dos tecidos e isto provoca uma reduccedilatildeo da intensidade do sinal e pequenas distorccedilotildees assume-
se que esta atividade eacute a mesma tanto na superfiacutecie do coacutertex (local onde as ondas emergem) como
no escalpe (local onde as ondas satildeo coletadas) [5][7]
Na literatura aparecem relatos do uso de vaacuterios tipos de EEG para avaliar grupos de pacientes com
diferentes doenccedilas tais como tumores enxaquecas depressotildees e esquizofrenia no entanto na
clinica o EEG eacute sobretudo utilizado para diagnosticar doenccedilas vasculares cerebrais demecircncias e
encefalopatias [7][8][9] Todavia as aplicaccedilotildees hoje em dia para este tipo de sinais e seus sistemas
de eleacutetrodos satildeo inuacutemeras podendo-se destacar as interfaces ceacuterebro-maacutequina como uma das
principais Este tipo de interfaces procura atraveacutes das ondas produzidas no foro cerebral controlar
equipamentos sejam estes cliacutenicos ou natildeo Eacute possiacutevel detetar padrotildees de ativaccedilatildeo gerados pelo
ceacuterebro atraveacutes da colocaccedilatildeo de eleacutetrodos e anaacutelise dos sinais eletroencefalograacuteficos recolhidos tanto
no exterior como no interior da superfiacutecie encefaacutelica Os sinais captados indicam a atividade cerebral
do utilizador que apoacutes deteccedilatildeo e classificaccedilatildeo satildeo traduzidos para uma saiacuteda como por exemplo
o movimento de um cursor de um computador associado ao rato ou de qualquer dispositivo artificial
externo Os sinais de EEG natildeo-invasivos satildeo utilizados em aplicaccedilotildees de Interface ceacuterebro maacutequina
(ICM1) pois estes oferecem um niacutevel de qualidade de sinal aceitaacutevel que combina custos reduzidos e
facilidade de utilizaccedilatildeo[10]
Com o surgimento de outros meacutetodos de diagnoacutestico a utilizaccedilatildeo da eletroencefalografia entrou
em decaimento no entanto a associaccedilatildeo desta teacutecnica com o domiacutenio informaacutetico os seus baixos
1 ldquoA Interface ceacuterebro-maacutequina eacute um sistema que permite a interaccedilatildeo entre o utilizador e o meio que o cerca utilizando sinais de controlo gerados por meio da atividade cerebral O aprimoramento das pesquisas em ICM estaacute relacionado principalmente com os avanccedilos da neurofisiologia e computaccedilatildeo As pesquisas iniciais
dedicaram-se ao desenvolvimento de dispositivos de comunicaccedilatildeo de pessoas que perderam o controlo muscular voluntaacuterio (hellip)rdquo Mussatto Greice em [10] Atualmente satildeo frequentemente direcionados para auxiliar aumentar ou reparar a cogniccedilatildeo humana ou as funccedilotildees sensoriais e motoras
3
3
custos (quando comparados com as outras teacutecnicas) a facilidade na realizaccedilatildeo dos exames o pequeno
espaccedilo ocupado pelos equipamentos e a sua natureza inoacutecua vieram a dar-lhe um novo impulso
conquistando um lugar proeminente no diagnoacutestico de vaacuterias patologias cerebrais [11][12] Isso tornou
possiacutevel inclusive o mapeamento cerebral em escala de cores (a gradaccedilatildeo das cores relaciona-se
com a amplitude dos potenciais) muito popular atualmente As teacutecnicas para a obtenccedilatildeo e registo
foram por isso aprimoradas nos uacuteltimos anos evoluindo do registo em papel com um nuacutemero reduzido
de canais ao registo contiacutenuo em equipamentos de ateacute 256 canais acoplado ao registo de viacutedeo digital
atraveacutes de equipamentos dotados com sistemas wireless peccedilas de hardwares e softwares sofisticadas
para armazenamento de dados e complementar a anaacutelise visual atraveacutes da anaacutelise computacional
Contudo embora os avanccedilos informaacuteticos tenham sido importantes para o desenvolvimento desta
teacutecnica a questatildeo do eleacutetrodo a utilizar nas mediccedilotildees eacute essencial uma vez que os bioeleacutetrodos de
superfiacutecie satildeo responsaacuteveis pela captaccedilatildeo dos sinais na interface entre a pele e o equipamento de
aquisiccedilatildeo e registo sendo tambeacutem considerados o elo mais fraco na cadeia de aquisiccedilatildeo de sinal
(constituindo a maior fonte de ruiacutedo e de instabilidade) [12]
Existe uma vasta gama de eleacutetrodos disponiacuteveis incluindo eleacutetrodos de superfiacutecie descartaacuteveis ou
reutilizaacuteveis e eleacutetrodos profundos[13] Dentro dos eleacutetrodos profundos (intracranianos) mais
utilizados encontram-se os eleacutetrodos intracerebrais e os subdurais Eacute importante referir a existecircncia
destes eleacutetrodos contudo os eleacutetrodos abordados neste relatoacuterio satildeo os eleacutetrodos de superfiacutecie ou
seja aqueles que satildeo colocados sobre o escalpe Existem vaacuterias alternativas para a sua classificaccedilatildeo
todavia aqui seratildeo abordadas aquelas que se relacionam com a presenccedila ou ausecircncia de produtos
hidratantes utilizando o termo ldquoeleacutetrodos huacutemidosrdquo para aqueles que necessitam de uma soluccedilatildeo
hidratantegel e ldquoeleacutetrodos secosrdquo para aqueles que natildeo a exigem
Os principais tipos de eleacutetrodos utilizados na cliacutenica atualmente para a recolha de sinais
eletroencefalograacuteficos satildeo os eleacutetrodos de prata ouro e estanho Um eleacutetrodo do tipo Prata-Cloreto
de Prata (AgAgCl) (Figura 1) eacute um tipo de eleacutetrodo considerado como tendo caracteriacutesticas desejaacuteveis
de qualidade e estabilidade que o tornam em geral um eleacutetrodo de referecircncia no estado da arte
sendo vulgarmente utilizado em mediccedilotildees eletroquiacutemicas [14] Os fenoacutemenos que ocorrem quando
um eleacutetrodo metaacutelico entra em contacto com um eletroacutelito estatildeo na base da captaccedilatildeo dos sinais que
se pretende realizar Ocorre uma troca ioacutenica como resultado de uma reaccedilatildeo eletroquiacutemica associada
ao contacto Existindo uma tendecircncia para que os aacutetomos do metal percam eletrotildees e estes passem
para o eletroacutelito (oxidaccedilatildeo) fazendo assim com que o eleacutetrodo fique carregado negativamente no
que diz respeito ao eletroacutelito Contudo natildeo se trata de um processo estaacutetico e por conseguinte ocorre
igualmente a reaccedilatildeo contraacuteria ateacute se estabelecer o equiliacutebrio (reduccedilatildeo) [14] Este processo eacute descrito
pela Equaccedilatildeo de Nernst atraveacutes da qual eacute possiacutevel obter a constante de equiliacutebrio de uma
determinada reaccedilatildeo que envolva transferecircncia de eletrotildees Deste modo para uma reaccedilatildeo de
oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo (redox) temos
minus119899 119865119864 = minus119899 1198651198640 + 119877119879 119897119899 119876 hArr 119864 = 1198640 minus119877119879
119899119865119897119899 119876
( 1 )
Verifica-se que no ponto de equiliacutebrio o valor de Q pode ser descrito como K (contante de
equiliacutebrio da reaccedilatildeo) e considerando a constante universal dos gases perfeitos (R = 831 J K-1 mol-1 )
a carga eleacutetrica de uma mole de eletrotildees (F = 96485 Cmiddotmol-1) e que o ensaio decorre agrave temperatura
ambiente (T = 2982 K (25 degC)) obteacutem-se
E=E0-00257
nlnQ hArr 0=E0-
00257
nlnK hArr E0=
00257
nlnK hArr lnK=
n ∙ E0
00257
( 2 )
4
4
Onde Eordm se obteacutem a partir dos potenciais normais dos eleacutetrodos n eacute o nuacutemero de moles de eletrotildees
transferidos e Q eacute o quociente entre os produtos das atividades de produtos e reagentes na reaccedilatildeo
No caso da pele humana existem pequenas quantidades de NaCl (01-04) desta forma o aniatildeo
cloreto presente iraacute reagir com a prata do eleacutetrodo dando origem a uma diferenccedila de potencial
relacionado com a concentraccedilatildeo de cloreto [3] Portanto as trocas ioacutenicas que ocorrem na pele na
presenccedila deste eleacutetrodo satildeo representadas na ( 3
119860119892 + 119862119897minus 119860119892119862119897 + 119890minus ( 3 )
Este tipo de eleacutetrodos satildeo os mais utilizados hoje em dia na clinica
e satildeo fabricados como o nome o indica em prata agrave qual eacute aplicado um
revestimento de cloreto de prata Trata-se de um metal bem tolerado
pelo organismo humano que permite a obtenccedilatildeo de bons resultados
uma vez que aleacutem disso estes apresentam niacuteveis de ruido reduzidos e
natildeo satildeo facilmente polarizaacuteveis [3] no entanto a sua utilizaccedilatildeo exige
uma preparaccedilatildeo preacutevia da pele e a aplicaccedilatildeo de uma pasta condutora
(gel) que por vezes eacute desconfortaacutevel para o paciente sendo suscetiacutevel
de causar alergias e tornando o processo mais demorado uma vez que
a preparaccedilatildeolimpeza dos eleacutetrodos requer alguns cuidados e deve ser executada por um teacutecnico
Surgiu entatildeo a motivaccedilatildeo para criar novos eleacutetrodos secos que ultrapassassem estas dificuldades
dispensando a utilizaccedilatildeo do gel e a preparaccedilatildeo da pele todavia uma vez que o contacto liacutequido estaacute
ausente a impedacircncia interfacial eacute consideravelmente mais elevada (1 M contra 10-20 k)
refletindo-se numa maior sensibilidade ao movimento e de maneira geral na presenccedila de um maior
niacutevel de ruiacutedo o que exige preacute-amplificaccedilatildeo integrada Os custos associados agrave produccedilatildeo deste tipo de
eleacutetrodo satildeo tambeacutem mais elevados do que no caso dos eleacutetrodos convencionais
De modo a resolver estes problemas foi desenvolvido um novo
tipo de bioeleacutetrodo (Figura 2) [15] o qual tem a capacidade de
manter huacutemido o ponto de contacto com a pele evitando contudo
a utilizaccedilatildeo de pastas condutoras Este efeito foi conseguido usando
o princiacutepio da caneta de feltro o contacto com o escalpe eacute efetuado
a partir de vaacuterios pinos fabricados a partir de um poliacutemero poroso
acoplado a um pequeno reservatoacuterio com uma soluccedilatildeo hidratante os
pinos forneceratildeo entatildeo de forma controlada pelos efeitos
combinados da capilaridade e gravidade a soluccedilatildeo hidratante ao
ponto de contacto com o escalpe A sua forma oferece tambeacutem
muacuteltiplos pontos de contacto de modo a minimizar o ruiacutedo e obter
melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
O desenvolvimento destes eleacutetrodos compreenderaacute varias fases a primeira fase a implementar
seraacute a fabricaccedilatildeo da superfiacutecie porosa atraveacutes da compressatildeo de poacutes de policarbonato (PC) de seguida
seraacute feita a montagem dos diferentes componentes do eleacutetrodo nomeadamente a esponja o frio de
prata e o tubo de policloreto de polivinilo (PVC) que funcionaraacute como reservatoacuterio Finalmente seratildeo
preparadas e testadas vaacuterias soluccedilotildees com os mesmos componentes em diferentes concentraccedilotildees de
modo a concluir qual soluccedilatildeo fornece uma melhor hidrataccedilatildeo da pele otimizando assim os resultados
Figura 1 Eleacutetrodo de superfiacutecie comercial (Eleacutetrodo de controlo)
Figura 2 Corte transversal do bioeleacutetrodo de superfiacutecie em estudo com reservatoacuterio
para a soluccedilatildeo hidratante
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Capiacutetulo 2 Enquadramento teoacuterico
Enquadramento teoacuterico
A EEG eacute um registo associado a uma teacutecnica cliacutenica que se baseia na aquisiccedilatildeo dos sinais produzidos
no coacutertex cerebral A obtenccedilatildeo dos mesmos eacute possiacutevel uma vez que aiacute existem ceacutelulas excitaacuteveis
capazes de conduzir os impulsos nervosos os neuroacutenios Estes impulsos geram correntes eleacutetricas
atraveacutes do corpo da ceacutelula ateacute uma zona chamada zona de disparo Neste local as correntes dirigem-
se ao espaccedilo extracelular provocando uma diferenccedila de potencial que desencadearaacute um novo estiacutemulo
na proacutexima ceacutelula e que contribuiraacute para a produccedilatildeo dos referidos sinais
21 Sistema nervoso
O sistema nervoso eacute responsaacutevel pela maioria das funccedilotildees de controlo no organismo coordenando
e regulando as atividades corporais Isto eacute feito atraveacutes da interpretaccedilatildeo e resposta a estiacutemulos Este
sistema eacute convencionalmente dividido em duas categorias o sistema nervoso central (SNC) que se
verifica tratar do desenvolvimento das respostas aos estiacutemulos e o sistema nervoso perifeacuterico (SNP)
o responsaacutevel pela conduccedilatildeo do estiacutemulo nervoso No caso do SNC podem distinguir-se vaacuterios oacutergatildeos
o enceacutefalo (constituiacutedo pelo ceacuterebro cerebelo e tronco encefaacutelico) e a espinal medula Jaacute no caso do
SNP esta divisatildeo eacute feita atraveacutes da distinccedilatildeo entre nervos cranianos ou espinhais [16] Os nervos satildeo
essencialmente um conjunto de axoacutenios e dendrites de vaacuterios neuroacutenios
Os neurocircnios que datildeo origem aos nervos satildeo ceacutelulas com capacidade excitatoacuteria capazes de
transmitir sinais nervosos Contudo as ceacutelulas da glia tambeacutem presentes no sistema nervoso
sobretudo nos nervos satildeo as principais responsaacuteveis pela propagaccedilatildeo orientada do estiacutemulo uma vez
que ao recobrirem o axoacutenio criam circuitos neuronais independentes [16]
Os axoacutenios transmitem pulsos eleacutetricos devido agrave presenccedila de canais ioacutenicos que abrem e fecham
de modo a controlar as concentraccedilotildees dos diferentes iotildees nos meios interno e externo da ceacutelula
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211 Propagaccedilatildeo do sinal
Um impulso nervoso origina a transmissatildeo de um sinal codificado ao longo da membrana do
neuroacutenio Para compreender esta transmissatildeo dentro do proacuteprio neuroacutenio eacute necessaacuterio conhecer o
conceito de potenciais de repouso e de accedilatildeo
N as fases em que se verifica existir potenciais de repouso os iotildees de soacutedio entram para a ceacutelula
atraveacutes de transporte passivo uma vez que a concentraccedilatildeo destes eacute menor no interior da ceacutelula (a
favor do gradiente de concentraccedilatildeo) Posteriormente daacute-se a sua expulsatildeo de forma ativa ao mesmo
tempo que entram iotildees de potaacutessio ativamente Finalmente os iotildees de potaacutessio voltam passivamente
ao exterior da membrana outorgando agrave ceacutelula uma carga positiva Diz-se entatildeo que esta se encontra
polarizada Nas ceacutelulas nervosas o potencial de membrana ronda os -90mV [6]
Os potenciais de accedilatildeo satildeo os responsaacuteveis pela propagaccedilatildeo do estiacutemulo nervoso contudo a sua
duraccedilatildeo natildeo ultrapassa alguns milissegundos (ver a Figura 3) Esta propagaccedilatildeo ocorre quando o
potencial de membrana que se encontra nos -90mV passa a ocupar valores de -50 a -70mV devido a
uma perturbaccedilatildeo externa de modo a responder a esta situaccedilatildeo ocorre a passagem por difusatildeo dos
iotildees de soacutedio para o interior da ceacutelula resultando na alteraccedilatildeo dos potenciais ateacute entatildeo negativos
para valores que podem chegar a +35mV De seguida a ceacutelula expulsa ativamente o soacutedio alterando
assim o potencial para aproximadamente -95mV Daacute-se entatildeo a repolarizaccedilatildeo atraveacutes da bomba de
Na+K+ ou seja a ceacutelula volta agraves condiccedilotildees iniciais [6]
Apoacutes um sinal ser transportando atraveacutes de um neuroacutenio eacute necessaacuterio que este seja comunicado
ao neuroacutenio seguinte de modo a manter a transmissatildeo do impulso Esta transferecircncia daacute-se em locais
especiacuteficos e pode ser feita eletricamente (atraveacutes de iotildees) ou quimicamente (atraveacutes de uma fenda
sinaacuteptica onde um neurotransmissor eacute libertado e se liga a recetores especiacuteficos do neuroacutenio poacutes-
sinaacuteptico) [6][16]
Figura 3 Representaccedilatildeo do fluxo ioacutenico durante o potencial de accedilatildeo (Adaptado de [16])
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22 Aquisiccedilatildeo do sinal
Eacute impossiacutevel medir a atividade eleacutetrica gerada por um uacutenico neuroacutenio contudo a aquisiccedilatildeo do
sinal electroencefalograacutefico soacute eacute possiacutevel graccedilas agrave emissatildeo parcialmente sincronizada do impulso
nervoso numa parte significativa do coacutertex cerebral Deste modo o EEG reflete o somatoacuterio da
atividade siacutencrona de milhares de neuroacutenios com uma orientaccedilatildeo espacial semelhante assessorando
assim a aquisiccedilatildeo de um sinal reprodutiacutevel e mensuraacutevel que possibilita uma interpretaccedilatildeo fidedigna
[16]
Esta teacutecnica permite o registo da atividade eleacutetrica do ceacuterebro Eacute um procedimento raacutepido
simples e indolor no qual os impulsos eleacutetricos do ceacuterebro satildeo amplificados e registrados em papel
atraveacutes de um galvanoacutemetro ou em formato digital O seu interesse prende-se natildeo soacute com os baixos
custos da teacutecnica como tambeacutem com a obtenccedilatildeo em tempo real destes sinais de modo a conseguir
diagnosticar eventuais anomalias
A EEG quando comparada com outras teacutecnicas como por exemplo o eletrocardiograma (ECG)
apresenta uma maior dificuldade na obtenccedilatildeo dos dados uma vez que a tensatildeo a captar eacute de muito
menor amplitude os sinais por vezes encontram-se na regiatildeo do ruiacutedo eleacutetrico e aleacutem disso os
amplificadores comuns natildeo fornecem uma banda de funcionamento que consiga amplificar o sinal de
forma eficaz o que exige a utilizaccedilatildeo de amplificadores especialmente desenhados [6] Contudo
estas limitaccedilotildees natildeo impediram o avanccedilo desta tecnologia Ao longo do tempo as teacutecnicas de obtenccedilatildeo
dos dados foram-se aprimorando tendo chegado na fase de maturidade agrave arquitetura ilustrada na
Figura 4 em que a saiacuteda eacute representada em papel desenhada por canetas conduzidas por mecanismos
controlados por galvanoacutemetros Hoje em dia os sistemas evoluiacuteram sobretudo na parte final atraveacutes
da digitalizaccedilatildeo dos sinais filtrados e seu armazenamento num dispositivo digital Desta forma torna-
se muito mais flexiacutevel a fase de visualizaccedilatildeo dos sinais que eacute feita em monitores graacuteficos de
computador bem como a fase de armazenamento e arquivo e criaccedilatildeo de fichas de exame A
digitalizaccedilatildeo permite o processamento digital dos sinais a fim principalmente de os caracterizar do
ponto de vista morfoloacutegico e assim contribuir para a classificaccedilatildeo do ponto de vista cliacutenico
Figura 4 Diagrama de blocos representativo de um sistema para aquisiccedilatildeo de sinais
eletroencefalograacuteficos
A EEG eacute realizada atraveacutes da colocaccedilatildeo de eleacutetrodos no couro cabeludo obedecendo o
posicionamento dos mesmos a regras especiacuteficas pois a sua localizaccedilatildeo influencia os sinais captados
10
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De modo a facilitar a comparaccedilatildeo dos resultados eacute habitualmente utilizado um sistema se
colocaccedilatildeo padratildeo chamado 10-20 (Figura 5) Segundo este padratildeo os locais onde os eleacutetrodos satildeo
colocados satildeo denominados por letras de acordo com as aacutereas cerebrais adjacentes seguidas de um
nuacutemero impar se o eleacutetrodo se encontrar no lado esquerdo da cabeccedila ou par se for no lado direito
[6]
Apoacutes a obtenccedilatildeo do sinal contiacutenuo de EEG eacute
possiacutevel distinguir vaacuterios tipos de ondas de acordo
com a sua amplitude e frequecircncia A amplitude das
ondas pode ir ateacute aos 200 μV e a frequecircncia ateacute 30Hz
A Figura 6 representa os diferentes tipos de ondas
As ondas delta satildeo ondas da mais baixa frequecircncia
e amplitudes elevadas que ocorrem em momentos do
sono profundo por outro lado as ondas teta
encontram-se na gama de frequecircncias de 4-7 Hz
contudo
continuam a apresentar grandes amplitudes e ocorrem
em estaacutegios de meditaccedilatildeo e relaxamento profundo as
ondas alfa apresentam por sua vez amplitudes meacutedias
e frequecircncias compreendidas entre os 8 e os 13 Hz
correspondendo a estados mentais relaxados no sono
Finalmente as ondas beta satildeo as de mais elevada
frequecircncia (gt13 Hz) com amplitudes de cerca de 10 μV
e ocorrem quando existe um estimulo visual ou no estado
normal de vigiacutelia [6]
221 Eleacutetrodos
Os eleacutetrodos constituem a interface entre o escalpe e o equipamento de mediccedilatildeo No caso de um
eleacutetrodo huacutemido quando a parte metaacutelica entra em contacto com o eletroacutelito tem lugar um processo
de oxidaccedilatildeoreduccedilatildeo de iotildeesaacutetomos que daacute lugar ao aparecimento de um potencial caracteriacutestico
As propriedades fiacutesico-quiacutemicas tanto do eleacutetrodo como do eletroacutelito afetam o valor do potencial
Quando eleacutetrodos idecircnticos satildeo submersos num eletroacutelito homogeacuteneo ambos assumem o mesmo
potencial com respeito ao eletroacutelito Contudo eleacutetrodos diferentes colocados nas mesmas condiccedilotildees
apresentam potenciais diferentes [6] Deste modo eacute sensato concluir que a amplitude do potencial
depende do material de que o eleacutetrodo eacute feito Por esse motivo os eleacutetrodos utilizados na cliacutenica satildeo
comumente produzidos com prata e cloreto de prata uma vez apresentam uma resistecircncia agrave passagem
Figura 5 Sistema internacional 10-20 para
a colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos em EEG
(Adaptado de [17])
Figura 6 Representaccedilatildeo das ondas eletroencefalograacuteficas registadas durante um
exame de EEG [5]
11
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de corrente natildeo elevada e os seus niacuteveis de impedacircncia satildeo estaacuteveis ao longo de uma ampla gama de
frequecircncias
Contudo o material natildeo eacute o uacutenico paracircmetro que varia para escolher um eleacutetrodo Dependendo
das necessidades existem tambeacutem variedades morfoloacutegicas como os eleacutetrodos invasivos e os natildeo-
invasivos
2211 Eleacutetrodos invasivos
Dentro dos eleacutetrodos invasivos (intracranianos) os mais utilizados satildeo os eleacutetrodos profundos
intracerebrais e os subdurais [13] Os primeiros consistem em eleacutetrodos em forma de agulha feitos
de material flexiacutevel com muacuteltiplos pontos de contacto para registo Satildeo ideais para o registo de
atividade em aacutereas distantes da superfiacutecie Proporcionam ainda um registo preciso da regiatildeo
volumeacutetrica adjacente a cada ponto de registo no entanto a extensatildeo da dita aacuterea eacute limitada [18]
Portanto o uso deste tipo de eleacutetrodos eacute ideal apoacutes os resultados dos exames natildeo-invasivos sugerirem
um ldquoalvordquo provaacutevel Os eleacutetrodos subdurais que podem ser do tipo placa ou tira de silicone com
muacuteltiplos contatos de registo satildeo ideais para o registo de aacutereas extensas do coacutertex [14] Contudo os
eleacutetrodos subdurais podem natildeo registar adequadamente alteraccedilotildees localizadas em profundidade
Este tipo de eleacutetrodos deve apresentar dimensotildees reduzidas de modo a que o dano provocado no
tecido cerebral seja miacutenimo Devem tambeacutem apresentar locais de aplicaccedilatildeo suficientes para recolher
potenciais de muitos neuroacutenios simultaneamente No entanto devido agrave sua natureza altamente
invasiva soacute satildeo usados em casos especiais em que o seu uso pode trazer grandes benefiacutecios para o
paciente
2212 Eleacutetrodos natildeo invasivos
O foco deste estudo centra-se nos eleacutetrodos natildeo invasivos eleacutetrodos colocados na superfiacutecie do
escalpe O contacto entre o eleacutetrodo e a pele eacute facilitado (impedacircncia reduzida) pela utilizaccedilatildeo de
gel e se for esse o caso estaacute-se perante o caso dos eleacutetrodos huacutemidos Contudo a aplicaccedilatildeo deste
gel requer uma preparaccedilatildeo preacutevia da pele que por vezes pode ser demorada suscetiacutevel de
desencadear reaccedilotildees aleacutergicas e desconfortaacutevel para o paciente [3] Surgiu entatildeo a alternativa dos
eleacutetrodos secos eleacutetrodos capazes de aquirir sinais que dispensam a utilizaccedilatildeo de soluccedilotildees todavia
como resultado da ausecircncia do gel ou pasta condutora a impedacircncia interfacial eacute muito mais elevada
tornando indispensaacutevel a integraccedilatildeo de um andar de preacute-amplificaccedilatildeo no eleacutetrodo
Procurando contornar as dificuldades de cada teacutecnica optou-se pelo desenvolvimento de um
bioeleacutetrodo inovador que dispensa a utilizaccedilatildeo de gel mas que apesar disso manteacutem um bom contacto
com a pele humidificando-a
Entre os materiais disponiacuteveis para a fabricaccedilatildeo de eleacutetrodos encontram-se o accedilo inoxidaacutevel o
ouro (Au) o oacutexido de iriacutedio (IrO2)) a prata (Ag) etc [14] tendo-se optado por utilizar um fio de
prata revestido com uma fina camada de cloreto de prata uma vez que os eleacutetrodos fabricados com
12
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este material apresentam niacuteveis de ruiacutedo reduzidos grande estabilidade do potencial eleacutetrico na gama
de frequecircncias utilizada e uma impedacircncia interfacial baixa [14][19]
23 Interface do eleacutetrodo com a pele
A pele eacute um oacutergatildeo que cobre e protege o corpo e que se observa estar organizado em muacuteltiplas
camadas Eacute composta de trecircs camadas principais a epiderme a derme e a hipoderme cada uma
delas com carateriacutesticas estruturais especiacuteficas que levam a diferentes niacuteveis de condutividade
eleacutetrica e que podem ser representados atraveacutes de modelos baseados em componentes eleacutetricos
baacutesicos [14] Podemos entatildeo do ponto de vista eleacutetrico simular os tecidos bioloacutegicos a partir de um
circuito eleacutetrico formado por resistecircncias e condensadores dispostos em redes com seacuteries e paralelos
agindo estes como condutores ou dieleacutetricos nos quais o fluxo de corrente seguiraacute o caminho de
menor oposiccedilatildeo (Figura 7) Um exemplo ilustrativo desta situaccedilatildeo estaacute representado para o stratum
corneum a camada mais perifeacuterica da epiderme como este tecido eacute relativamente pouco condutor
apresenta uma elevada impedacircncia agrave transmissatildeo das correntes eleacutetricas [20] Assim devido agraves suas
propriedades dieleacutetricas a sua pequena espessura e o seu posicionamento entre o eleacutetrodo condutor
exterior e os tecidos subjacentes mais condutores eacute possiacutevel a sua representaccedilatildeo por meio de um
condensador de placas paralelas
Figura 7 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da interface com a pele e
o seu modelo de circuito eletroacutenico equivalente Adaptado de [14]
O valor da capacidade eleacutetrica da pele estaacute relacionado com a espessura e composiccedilatildeo da camada
coacuternea e tem um valor tiacutepico no intervalo 002-006 microFcm2 [14]
Por outro lado uma vez que alguns iotildees conseguem atravessar o stratum corneum atraveacutes dos
elementos da pele (foliacuteculos do cabelo suor canais das glacircndulas sebaacuteceas imperfeiccedilotildees da pele)
isso pode ser representado coletivamente por uma resistecircncia que seraacute colocada em paralelo com o
condensador Como as camadas subjacentes agrave epiderme satildeo relativamente condutoras representam-
se por uma resistecircncia em seacuterie adicional A presenccedila de uma elevada densidade de foliacuteculos pilosos
(que atuam como derivaccedilotildees de baixa resistecircncia) daacute origem a um valor muito baixo na resistecircncia da
13
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pele No entanto esta observaccedilatildeo eacute contrabalanccedilada pela dificuldade em fazer contato mecacircnico e
eleacutetrico firme Em tais casos a impedacircncia da pele eacute muito elevada e por vezes eacute necessaacuterio recorrer
agrave remoccedilatildeo dos pelos antes de realizar o exame [14]
231 Hidrataccedilatildeo da pele
O processo de hidrataccedilatildeo da pele humana acontece por duas vias a interna e a externa [21] No
caso da via interna isto acontece quando os queratinoacutecitos migram atraveacutes da derme e sofrem
alteraccedilotildees significativas uma vez que paralelamente a esse processo satildeo libertados liacutepidos e o fator
de hidrataccedilatildeo natural da pele (NMF - Natural moisturizer factor) No caso dos liacutepidos estes formam
uma barreira para a perda de aacutegua e ajudam a reter a hidrataccedilatildeo natural da pele Jaacute no caso da
hidrataccedilatildeo por via externa esta acontece quando introduzimos na pele substacircncias cosmeacuteticas e
farmacecircuticas com capacidades de humedecer as camadas externas da pele para isso na produccedilatildeo
destas substacircncias satildeo utilizadas principalmente trecircs tipos de ingredientes (1) os humectantes que
Incluem a glicerina a ureia e o aacutecido carboxiacutelico da pirrolidona (PCA) que atuam atraindo a aacutegua das
camadas inferiores da derme e ajudando a manter essa aacutegua no estrato coacuterneo (2) os agentes oclusivos
que aumentam os niacuteveis de humidade proporcionando uma barreira fiacutesica para a perda de aacutegua (ceras
oacuteleos e silicones) (3) os emolientes que procuram restaurar os NMF [21]
2311 O gel para utilizaccedilatildeo com os eleacutetrodos
O gel utilizado nos eleacutetrodos serve para (1) assegurar um bom contacto eleacutetrico com a pele do
paciente (2) facilitar a transferecircncia de carga na interface eleacutetrodo-eletroacutelito e assim (3) diminuir
a impedacircncia do estrato coacuterneo [14]
Existem dois tipos de gel o gel huacutemido normalmente denominados como pasta creme ou
substacircncia gelatinosa e o hidrogel Os primeiros satildeo geralmente compostos por aacutegua um agente
espessante bactericidasfungicidas sais ioacutenicos e um surfatante O sal ioacutenico tem como finalidade
conferir condutividade eleacutetrica ao gel e diminuir a impedacircncia eleacutetrica da pele atraveacutes da sua difusatildeo
na mesma Normalmente os sais utilizados satildeo o cloreto de soacutedio (NaCl) ou de potaacutessio (KCl) uma vez
que a maior parte dos iotildees presentes na superfiacutecie da pele humana satildeo o cloreto o soacutedio e o potaacutessio
permitindo assim que elevadas concentraccedilotildees destes sais sejam melhor toleradas pelo corpo
[14][18][22] Por outro lado o hidrogel eacute um gel soacutelido que incorpora hidrocoloacuteides naturais no
entanto a utilizaccedilatildeo destes agentes naturais por vezes provoca desempenhos variaacuteveis e cores pouco
atrativas levando assim agrave utilizaccedilatildeo de hidrocoloacuteides artificiais de modo a eliminar variabilidades
indesejadas
O hidrogel tecircm tendecircncia a causar menos irritaccedilotildees na pele quando comparado com o gel huacutemido
porque o hidrogel limita-se a garantir um bom contato eleacutetrico entre a pele e o eleacutetrodo sem afetar
as propriedades do stratum corneum [14]
14
14
O hidrogel eacute eletricamente mais resistivo do que o gel no entanto esta desvantagem eacute
compensada tanto pela utilizaccedilatildeo de maiores aacutereas com hidrogel como tambeacutem pela diminuiccedilatildeo da
espessura da camada do mesmo Contudo isto natildeo eacute suficiente uma vez que o hidrogel natildeo eacute tatildeo
eficaz na hidrataccedilatildeo da pele (tem tendecircncia a absorver humidade) dando assim como resultado um
aumento na impedacircncia da pele [14]
24 Teacutecnicas de revestimento da prata com cloreto de prata
Finas camadas de um determinado metal depositado sobre um substrato desemprenham
muitas vezes uma funccedilatildeo essencial em muitos dispositivos como por exemplo nos circuitos integrados
No caso dos eleacutetrodos eacute necessaacuterio revestir os fios de prata com finas camadas de cloreto de prata
com o intuito de auxiliar a concretizaccedilatildeo das trocas ioacutenicas referidas no capiacutetulo 1 equaccedilatildeo (1) de
modo a ter-se uma transduccedilatildeo do sinal ioacutenico num sinal eleacutetrico de forma eficaz e reversiacutevel Estas
camadas devem apresentar caracteriacutesticas rigorosamente controladas A espessura a estrutura
atoacutemica e a composiccedilatildeo quiacutemica devem ser uniformes [14][18] Eacute tambeacutem importante que exista
pouca ou nenhuma contaminaccedilatildeo por outras partiacuteculas
As propriedades dos filmes satildeo altamente dependentes dos processos de deposiccedilatildeo Estes
devem ter boa aderecircncia e prover uma boa cobertura Deste modo para a preparaccedilatildeo da prata para
eleacutetrodos a teacutecnica a utilizar deve ser a deposiccedilatildeo eletroquiacutemica atraveacutes de um processo que envolve
a deposiccedilatildeo de um material soacutelido por meio de uma reaccedilatildeo quiacutemica com ou sem recurso a energia
externa Neste caso os substratos de prata satildeo submersos numa soluccedilatildeo contendo um agente oxidante
(por exemplo cloreto feacuterrico) produzindo assim uma fina camada de cloreto de prata ( ( 4)
Ag + + FCl3 FeCl2 + Ag ( 4 )
Em geral a deposiccedilatildeo por electroless plating de um metal envolve a deposiccedilatildeo de um
revestimento metaacutelico a partir dos seus iotildees presentes num banho aquoso sobre uma superfiacutecie atraveacutes
de uma reaccedilatildeo de reduccedilatildeo quiacutemica controlada que eacute ativada pelo metal que estaacute a ser depositado
(reduzido) [23] Os revestimentos obtidos atraveacutes da implementaccedilatildeo desta teacutecnica satildeo geralmente
uniformes duros com elevadas resistecircncias agrave corrosatildeo e ao desgaste e apresentam baixo coeficiente
de fricccedilatildeo [24][25]
Existe contudo uma enorme variedade de meacutetodos eletroquiacutemicos que permitem a
oxidaccedilatildeodeposiccedilatildeo de finas camadas de cloreto de prata tais como a deposiccedilatildeo assistida por plasma
ou por feixes de iotildees o sputtering a deposiccedilatildeo quiacutemica e a deposiccedilatildeo fiacutesica em fase de vapor etc
[25] Todavia a execuccedilatildeo destes processos envolve a utilizaccedilatildeo de equipamentos altamente
especializados em ambiente de vaacutecuo vaacuterias soluccedilotildees e um campo eleacutetrico de modo a possibilitar a
transformaccedilatildeo de energia quiacutemica em energia eleacutetrica e vice-versa Finalmente um meacutetodo tambeacutem
bastante usado eacute a sinterizaccedilatildeo de poacute de cloreto de prata sobre o substrato metaacutelico dando origem
a um revestimento espesso e poroso
15
15
25 Novo conceito de eleacutetrodo
O desenvolvimento do novo tipo de bioeleacutetrodo busca
colmatar as lacunas presentes nos eleacutetrodos disponiacuteveis
comercialmente (dos tipos huacutemido e seco) Tentando manter as
melhores carateriacutesticas de cada tipo de eleacutetrodo Para isso eacute
necessaacuterio desenvolver o eleacutetrodo com materiais condutores que
possibilitem as trocas ioacutenicas e aleacutem disso tenha a capacidade
de manter huacutemido o ponto de contacto com a pele de forma a
diminuir a impedacircncia na interface mas sem usar pastas ou gel
que sujam a pele
A hidrataccedilatildeo da pele por via externa nos ensaios a
realizar eacute feita atraveacutes da aplicaccedilatildeo de diferentes soluccedilotildees
hidratantes que se encontram embebidas numa esponja num
reservatoacuterio existente no eleacutetrodo (Figura 8) Estas soluccedilotildees tecircm a capacidade de migrar atraveacutes do
eleacutetrodo atraveacutes do efeito de capilaridade e gravidade uma vez que a base do eleacutetrodo eacute feita de
policarbonato com porosidade aberta adequada ao fenoacutemeno da capilaridade
O desenvolvimento deste bioeleacutetrodo inovador possibilita tambeacutem uma colocaccedilatildeo raacutepida
coacutemoda e segura Uma vez que estes passam a ser colocados com uma touca
Finalmente eacute tambeacutem importante referir que a forma do eleacutetrodo em multipino permitiraacute
numerosos pontos de contacto de modo a minimizar a impedacircncia do mesmo contribuindo para a
obtenccedilatildeo de melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
26 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
O ruiacutedo eacute um sinal interferente de natureza aleatoacuteria que provoca a degradaccedilatildeo de sinal
durante o seu processamento Em eletroacutenica diz respeito a quaisquer correntes ou tensotildees indesejadas
que mascaram o sinal que realmente interessa
Nos dispositivos e circuitos eletroacutenicos existem inuacutemeras fontes de ruiacutedo dai a importacircncia
na sua caraterizaccedilatildeo
Um tipo importante de ruiacutedo eacute o ruiacutedo de Johnson-Nyquist presente nos portadores de carga
e em todos os elementos com resistecircncia eleacutetrica Este tipo de ruiacutedo eacute caraterizado por uma densidade
espectral de potecircncia (do inglecircs power spectral density - PSD) uniforme e forma de onda gaussiana
[26]
O ruiacutedo de Johnson-Nyquist eacute comumente chamado ruiacutedo teacutermico e a sua tensatildeo eficaz pode
ser calculado atraveacutes da ( 5 para uma resistecircncia eleacutetrica R
Vt= radic4∙k∙T∙B∙R=radic16times1020
∙B∙R ( 5 )
Figura 8 Eleacutetrodo de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios A representa o fio de prata B a soluccedilatildeo condutora C a esponja do reservatoacuterio e D material de policarbonato de natureza porosa onde se estabelece o contacto com a pele
16
16
onde k representa a constante de Boltzmann em JK T a temperatura da resistecircncia em K B
a banda equivalente de ruiacutedo e R o valor da resistecircncia em Ohm
Para o caacutelculo da banda equivalente de ruiacutedo considera-se que o sistema tem uma funccedilatildeo de
transferecircncia do tipo 1198810
119881119894frasl = 119860(119895119891) e estaacute sujeito a uma entrada de ruiacutedo de PSD 119878119881119894
Deste modo
obtemos que o valor meacutedio da tensatildeo de ruiacutedo na saiacuteda para um amplificador seraacute
1198811198990
2 = int 119878119881119894 |A(jf)|2 partfinfin
0
( 6 )
Sendo |119860(119895119891)| usualmente uma funccedilatildeo do tipo
Figura 9 Funccedilatildeo de um filtro passa-baixos |119912(119947119943)|
Uma vez que as regiotildees sombreadas satildeo iguais pode-se simplificar o caacutelculo atraveacutes da aacuterea
de um retacircngulo com a mesma aacuterea que o quadrado da funccedilatildeo de transferecircncia Temos entatildeo que a
banda equivalente eacute dada por
B=1
|A0|2int |A(jf)|2 partf
infin
0
( 7 )
Outro tipo de ruiacutedo presente nos equipamentos eletroacutenicos que eacute interessante estudar eacute o
ruiacutedo ldquoshotrdquo ou ruiacutedo de corrente (Ish) que como o nome indica estaacute associado agrave corrente DC que
flui atraveacutes de uma barreira de potencial e pode ser representado por
Ish= radic2∙q∙IDc∙B ( 8 )
Onde q representa a carga eletroacutenica em coulomb e IDC a corrente contiacutenua meacutedia em ampere
Finalmente outro tipo de ruiacutedo a estudar seraacute o ruiacutedo 1f ldquoflickerrdquo ou ruiacutedo de contacto (If)
que ocorre devido agraves diferenccedilas nos niacuteveis de energia eleacutetricos quando existe um contato imperfeito
entre dois materiais Este tipo de ruiacutedo pode ser calculado atraveacutes de
119868119891 = 119870 ∙ 119868119863119888 ∙ radic119861
radic119891 ( 9 )
Onde K eacute um valor constante que depende do material e da geometria
A baixas frequecircncias este ruiacutedo eacute chamado de ruiacutedo ldquo1frdquo devido agrave tendecircncia caracteriacutestica
de decrescimento com a frequecircncia Eacute importante notar que a magnitude do ruido ldquoflickerrdquo pode ser
17
17
muito grande para pequenas frequecircncias o que leva a que seja a forma de ruiacutedo predominante em
circuitos de baixa frequecircncia
Considerando o ruiacutedo total como adiccedilatildeo das contribuiccedilotildees dos vaacuterios tipos de ruiacutedo na
configuraccedilatildeo eleacutetrica adotada para um amplificador pode-se considerar que o ruiacutedo na entrada segue
a representaccedilatildeo da Figura 10 da qual eacute possiacutevel retirar que
1198681198992 =
1198811198991199052 minus 119881119899
2 minus 1198811199052
1198771199042 ( 10 )
Na praacutetica In pode ser calculado atraveacutes da PSD do ruiacutedo total obtido com uma resistecircncia
elevada de modo a que 1198811198990≫ 119860radic119881119899
2 ∙ 1198811199052 e que Vn eacute a PSD do sistema com a entrada em curto circuito
Figura 10 Circuito representativo dos componentes do ruiacutedo do amplificador na entrada segundo o modelo Vn-In
No corpo humano a captaccedilatildeo dos biopotenciais no escalpe estaacute sujeita agrave presenccedila de ruiacutedo
eleacutetrico intriacutenseco indesejado na interface eleacutetrodogelpele que faz com que o processo de deteccedilatildeo
e anaacutelise dos sinais bioloacutegicos reais seja mais complicado Eacute necessaacuterio por isso caracterizar e
conhecer a magnitude e origem destas flutuaccedilotildees de modo a caraterizar a qualidade dos eleacutetrodos
desenvolvidos
O ruiacutedo eleacutetrodo-pele pode estar ligado agrave interface entre o eleacutetrodo e o eletroacutelito ou entatildeo
agrave interface eletroacutelito-pele No primeiro caso esta situaccedilatildeo pode ser mensurada atraveacutes da colocaccedilatildeo
de eleacutetrodos do mesmo tipo um contra o outro Por outro lado o ruiacutedo produzido pela interface
eletroacutelito-pele deve ser mensurado de uma forma indireta atraveacutes do contacto direto entre o eleacutetrodo
e a pele Nesta situaccedilatildeo o ruiacutedo eacute tipicamente mais elevado do que o que se obteacutem na interface
eleacutetrodo-eletroacutelito [3] Uma vez que os resultados obtidos nestes ensaios dependem diretamente do
estado da pele eacute importante garantir um tratamento preacutevio adequado
18
18
261 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio do tempo RMS e Deriva do potencial
A raiz do valor quadraacutetico meacutedio RMS (do inglecircs root mean square) ou valor eficaz eacute uma
medida estatiacutestica da magnitude de uma quantidade variaacutevel que pode ser calculada atraveacutes da
expressatildeo
120600119877119872119878 = radic1
119873 sum120600119894
2
119873
119894=1
= radic1206001
2 + 12060022 + ⋯+ 120600119873
2
119873 ( 11 )
Nos sinais a estudar satildeo calculados os valores RMS da parte alternada do sinal em intervalos
de tempo sucessivos Destes valores eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees acerca da evoluccedilatildeo temporal do
sinal assim como a quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo
Por outro lado a deriva do potencial eacute calculada recorrendo agrave primeira derivada do sinal nos
diferentes pontos pela componente contiacutenua do sinal sendo portanto de natureza lenta Eacute possiacutevel
por isso analisar a deriva do potencial e o tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema atraveacutes do recurso desde
caacutelculo
262 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio das frequecircncias Densidade espectral
A densidade espectral de potecircncia PSD eacute definida pela transformada de Fourier da funccedilatildeo
de autocorrelaccedilatildeo (Rxx (120591)) de um processo estacionaacuterio ou seja
Teorema de Wiener-Khintchine 119878119909(119891) = F[Rxx(120591)]= int Rxx(120591)119890minus 1198952120587119891120591119889120591infin
minusinfin
( 12 )
Por outras palavras a PSD descreve a distribuiccedilatildeo da variacircncia de um processo aleatoacuterio no
domiacutenio da frequecircncia [27][28]
No Matlab esta estimaccedilatildeo eacute feita atraveacutes da funccedilatildeo pwelch jaacute implementada esta segue o
meacutetodo Welch para o caacutelculo da PSD Este meacutetodo eacute baseado no conceito de utilizaccedilatildeo de
periodogramas de estimaccedilatildeo espectral que satildeo o resultado da conversatildeo de um sinal no domiacutenio
temporal para o domiacutenio da frequecircncia [29] Para isso o meacutetodo Welch segue o fundamento do
meacutetodo Bartlett contudo permite a sobreposiccedilatildeo de segmentos [30]
O meacutetodo Bartlett consiste primeiramente na divisatildeo do segmento original de N amostras em
K segmentos de comprimento M Para cada segmento eacute obtido o periodograma calculado atraveacutes da
transformada discreta de Fourier de seguida eacute calculado o quadrado do resultado e dividido por M
Finalmente eacute feita a meacutedia do resultado dos periodogramas para todos os segmentos de K amostras
resultando num uacutenico vetor de potenciais em funccedilatildeo da frequecircncia Ou seja a reparticcedilatildeo da potecircncia
ao longo do espetro [28]
19
19
27 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo da impedacircncia
Um sistema eletroquiacutemico eacute aquele onde haacute a presenccedila de pelo menos uma fase condutora
eletroacutenica (eleacutetrodo) em contato direto com uma fase condutora ioacutenica (eletroacutelito) as quais originam
a interface eleacutetrodo-eletroacutelito onde se forma duma dupla camada eleacutetrica
A mediccedilatildeo da impedacircncia eletroquiacutemica em modo potenciostaacutetico eacute feita atraveacutes da
aplicaccedilatildeo de um sinal de potencial eleacutetrico sinusoidal 119881(119905) com cerca de 5 a 20 mV numa ceacutelula
eletroquiacutemica Satildeo medidas a resposta na forma de corrente eleacutetrica 119868(119905) e diferenccedila de fase entre
o sinal de potencial e o sinal da corrente [31] Ao medir a corrente alternada que atravessa a ceacutelula
eletroquiacutemica obtemos a impedacircncia Z da forma convencional 119885 = 119881119868 [32] Refira-se que a obtenccedilatildeo
da impedacircncia pode igualmente ser feita impondo uma perturbaccedilatildeo de corrente e medindo o
potencial A impedacircncia do eleacutetrodo reflete entatildeo a capacidade do eleacutetrodo para transferir carga a
determinada frequecircncia [32][33]
Deste modo tem-se se os valores da tensatildeo alternada V(t) e da intensidade I(t) forem
representados por
V(t)=V0∙ cos ωt
( 13 )
I(t)=I0∙ cos (ωt+φ) ( 14 )
No qual V0 representa a amplitude de pico do sinal 120596 a frequecircncia angular (120596 = 2120587119891) I0 a
amplitude do sinal de corrente e 120593 a diferenccedila de fase entre os dois sinais
Pela equaccedilatildeo de Euler
eiφ= cos φ +j sin φ ( 15 )
temos entatildeo que se φ=120596119905
V(t)= V0∙Re(ejωt) ( 16 )
representando essa tensatildeo alternada como uma parte real de uma grandeza complexa
temos que V(t) eacute equivalente a
V(t)=V0∙Re(119888119900119904120596119905 + 119895 ∙ 119904119894119899 120596119905) ( 17 )
Por outro lado atendendo agrave Equaccedilatildeo de Euler acima descrita a corrente eleacutetrica gerada
por um elemento de circuito em resposta a uma tensatildeo alternada pode ser escrita como
I(t)=I0∙Re(119890(120596119905+120593))
( 18 )
Deste modo a impedacircncia fica
Z(ω)=Z0∙ejφ
( 19 )
e aplicando a equaccedilatildeo de Euler
Z(ω)=Z ( cos φ + j sin φ ) ( 20 )
20
20
Obtemos uma equaccedilatildeo composta de uma parte real e uma parte imaginaacuteria possibilitando
assim a sua representaccedilatildeo num plano cartesiano onde a parte real corresponderaacute ao eixo das abcissas
e a parte imaginaria ao eixo das ordenadas (Diagrama de Nyquist)
Pode-se tambeacutem representar a impedacircncia como um vetor no plano complexo
Z (ω)=Re[Z(ω)]i +Im[Z(ω)]j ( 21 )
E se Z0 for o moacutedulo da impedacircncia a parte real de 119885(120596) escreve-se
Z=Z0∙ cos φ
( 22 )
sendo a parte imaginaacuteria representada por
Z=Z0∙ sin φ
( 23 )
que segundo a representaccedilatildeo de Fresnel corresponde a
Z(ω)=Z+ j Z
( 24 )
ou seja
1198850=|Z(ω)|=radicZ2+ Z
2 ( 25 )
e
tan φ = Z
Zfrasl ( 26 )
Os diagramas de Nyquist satildeo uacuteteis para reconhecer o tipo de processo envolvido Os diagramas
de Bode por outro lado mostram a dependecircncia direta do acircngulo de fase com a frequecircncia Este
uacuteltimo eacute particularmente interessante em escalas de frequecircncia muito diferentes uma vez que eacute
frequentemente representado atraveacutes da escala logariacutetmica portanto os resultados nos capiacutetulos
subsequentes seratildeo apresentados neste formato
21
21
A teacutecnica de Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica (do inglecircs Electrochemical
Impedance Spectroscopy - EIS) fornece uma visatildeo completa e detalhada das caracteriacutesticas eleacutetricas
da interface eleacutetrodo-eletroacutelito quando efetuada
numa gama suficientemente largada de frequecircncias
Na Figura 11 estaacute representado um esquema da
montagem experimental para mediccedilatildeo da
impedacircncia As reaccedilotildees eletroquiacutemicas satildeo em
essecircncia reaccedilotildees quiacutemicas em que ocorrem
transferecircncia de eletrotildees para um eleacutetrodo e como
regra ocorrem de acordo com princiacutepios quiacutemicos
gerais Haacute contudo certas caracteriacutesticas das
reaccedilotildees eletroquiacutemicas que satildeo uacutenicas Algumas
delas envolvem a transferecircncia de eletrotildees atraveacutes
de uma interface (reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo) o
que acarreta uma dependecircncia com as dimensotildees e
aacuterea do eleacutetrodo assim como tambeacutem das
propriedades da interface com o eleacutetrodo
Eacute habitual que os eleacutetrodos de AgAgCl apresentem potenciais relativamente baixos e
estaacuteveis Portanto a deposiccedilatildeo da camada de AgCl estabilizaraacute o potencial do eleacutetrodo e reduziraacute os
niacuteveis de impedacircncia Eacute de salientar que impedacircncias aceitaacuteveis para os eleacutetrodos de superfiacutecie devem
encontrar-se abaixo dos 5 k uma vez que quanto maior a impedacircncia maior seraacute a resistecircncia do
eleacutetrodo agrave passagem de corrente No entanto valores de 10 k ou mesmo 40 K ainda satildeo
considerados aceitaacuteveis dependendo dos autores [34][35]
Figura 11 Esquema representativo do ensaio potenciostaacutetico para mediccedilatildeo da impedacircncia
22
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Capiacutetulo 3 Materiais e meacutetodos
Materiais e meacutetodos
31 Preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes
Na preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes dissolveu-se cloreto de soacutedio (NaCl) em aacutegua
adicionando de seguida um tensioativo (tweencopy-80) e um humectante (propilenoglicol) As
concentraccedilotildees destes componentes variaram nas 3 soluccedilotildees conforme referido na Tabela 2 Conveacutem
referir que cada componente foi dissolvido em constante e contiacutenua agitaccedilatildeo numa placa de
agitaccedilatildeo tendo-se misturado primeiro o propilenogicol com o tweencopy e soacute depois com os restantes
compostos
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas
COMPONENTE INFORMACcedilAtildeO DO COMPONENTE SOLUCcedilAtildeO
1 2 3
NaCl (mV) VWR-BDH Prolabo Lote 27810295
09 09 09
Tweencopy-80 (VV) Acofarma
Lote 130287 3 3 5
Propilenoglicol(VV) Acofarma
Lote 131337 10 30 30
Aacutegua (VV) - qbp 100 qbp 100 qbp 100
A biocompatibilidade das mateacuterias-primas empregues para a obtenccedilatildeo das soluccedilotildees torna este
novo conceito de eleacutetrodo uma alternativa promissora para utilizaccedilatildeo cliacutenica Esta biocompatibilidade
estaacute inversamente relacionada com a concentraccedilatildeo de cloretos de soacutedio ou seja quanto menor a
concentraccedilatildeo tanto maior a biocompatibilidade das soluccedilotildees Por esse motivo as soluccedilotildees
desenvolvidas contavam com pequenas concentraccedilotildees de sais de modo a ser o mais semelhante
possiacutevel aos componentes ioacutenicos da proacutepria pele humana
24
24
32 Produccedilatildeo dos novos eleacutetrodos
321 Produccedilatildeo da estrutura porosa de policarbonato
A produccedilatildeo da estrutura porosa (wicks) foi realizada atraveacutes da sinterizaccedilatildeo de poacutes de
policarbonato (PC)
No que diz respeito ao processo de fabrico propriamente
dito o primeiro passo consistiu na moagem da mateacuteria-prima
(policarbonato) de seguida estas partiacuteculas foram sinterizadas
atraveacutes de um equipamento designado por cilindro de sinterizaccedilatildeo
Este cilindro foi aquecido a uma temperatura de asymp170degC e atingida
esta gama de temperaturas colocaram-se as partiacuteculas no molde
ldquoWickrdquo com as dimensotildees apresentadas na Figura 12 que se
encontrava dentro do cilindro central Procedeu-se
imediatamente ao encaixe do pistatildeo no cilindro central Para
finalizar mergulhou-se em aacutegua fria o cilindro central contendo o
molde deixando de seguida secar agrave temperatura ambiente [36]
322 Preparaccedilatildeo dos eleacutetrodos de pratacloreto de prata
Para a deposiccedilatildeo da camada de cloreto de prata nos fios de prata recorreu-se a uma teacutecnica
de deposiccedilatildeo quiacutemica Para isso os fios de prata (Ag) (diacircmetro = 250 miacutecron 9999 Goodfellow
Cambridge) foram oxidados com uma soluccedilatildeo de cloreto de ferro (III) (MERCK Lote 7705-08-0) apoacutes
um preacute-tratamento que permitiu a remoccedilatildeo de impurezas e sujidades presentes na superfiacutecie dos fios
Este preacute-tratamento consistiu na limpeza da superfiacutecie dos fios com 2-propanol e posterior imersatildeo
dos mesmos numa tina de ultrassons com 2-propanol durante 10 minutos De seguida mergulharam-
se os fios de prata em aacutegua destilada de forma a remover todo o 2-propanol presente Finalmente
o processo de oxidaccedilatildeo consistiu em submergir os fios de prata numa soluccedilatildeo aquosa de FeCl3 50 mM
durante 2 minutos ao finalizar este periacuteodo foram armazenados durante 24h num recipiente revestido
com folha de alumiacutenio que possuiacutea uma soluccedilatildeo de HCl 01M para estabilizaccedilatildeo Os fios que natildeo foram
utilizados imediatamente foram armazenados num recipiente revestido com folha de alumiacutenio com
uma soluccedilatildeo de HCl 0005M O comprimento de cada fio de prata eacute aproximadamente de 8 cm
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato
25
25
323 Montagem dos eleacutetrodos
Apoacutes o fabrico da estrutura porosa e da preparaccedilatildeo dos
fios de prata procedeu-se agrave montagem dos eleacutetrodos para isso
cortaram-se pequenas porccedilotildees de uma esponja em poliuretano
com configuraccedilatildeo ciliacutendrica e um diacircmetro semelhante ao da
parte superior da estrutura porosa De seguida atravessou-se esta
esponja com o fio de prata e inseriu-se o conjunto ldquoesponja +
arame de pratardquo dentro de um orifiacutecio superior que a estrutura
porosa possui Finalmente incorporou-se esta estrutura dentro de
um tubo de PVC de modo a atingir a configuraccedilatildeo apresentada na
Figura 13
33 Preparaccedilatildeo dos ensaios
Antes do iniacutecio dos ensaios os eleacutetrodos foram previamente lavados com 2-propanol e
colocados na estufa de modo a evaporar os resiacuteduos do aacutelcool Posteriormente foi aplicada a soluccedilatildeo
hidratante que se pretendia estudar de modo a que a esponja ficasse completamente embebida Desta
forma por uma parte os novos eleacutetrodos em estudo foram testados recorrendo agraves soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 e por outra os eleacutetrodos que serviram como controlo (eleacutetrodo de AgAgCl
(BIO EASYCAP GmbH Alemanha)) utilizaram o gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) Foram tambeacutem utilizados eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) como referecircncia
Para os estudos eletroquiacutemicos incorporaram-se os eleacutetrodos numa montagem constituiacuteda por
um potenciostatogalvanostato Gamry G-300 (Gamry Instruments USA) De modo a diminuir o ruiacutedo
eletroacutenico os ensaios foram todos realizados dentro de uma Gaiola de Faraday Eacute importante referir
que uma vez o nosso sistema de aquisiccedilatildeo de dados era ldquoearth groundedrdquo seguiu-se a sugestatildeo da
bula do Gamry e optou-se unicamente por ligar o ldquofloating groundrdquo agrave gaiola
34 Condiccedilotildees dos ensaios
A primeira parte do trabalho foi desenvolvida laquoIn vitroraquo com eleacutetrodos multipino foi feito
entatildeo um estudo do ruido eletroquiacutemico entre eleacutetrodos do mesmo tipo nas diferentes soluccedilotildees
referidas na Tabela 2 De seguida realizou-se um estudo das impedacircncias dos novos eleacutetrodos nas
diferentes soluccedilotildees seguidos por um estudo de controlo realizado nas mesmas condiccedilotildees com o
eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente e o correspondente gel hidratante Estes ensaios foram
reproduzidos 3 vezes uma vez que em estudos anteriores jaacute se tinha verificado uma boa
reprodutibilidade dos ensaios
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios
26
26
Na segunda fase dos estudos realizou-se uma avaliaccedilatildeo do ruido da impedacircncia vs frequecircncia
laquoIn vivoraquo com as diferentes soluccedilotildees Estes ensaios foram realizados em 8 voluntaacuterios saudaacuteveis 6 do
sexo feminino e 2 do masculino Deste modo consegue-se escolher uma soluccedilatildeo para avanccedilar ao
estaacutegio seguinte que consistia na mediccedilatildeo e comparaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos obtidos tanto
com os eleacutetrodos de controlo como com os eleacutetrodos multipino porosos com a soluccedilatildeo hidratante mais
adequada Os resultados foram obtidos com a participaccedilatildeo de 2 voluntaacuterios saudaacuteveis de ambos sexos
341 Ensaios laquoIn vitroraquo
3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito
Nos ensaios de ruiacutedo eletroquiacutemico apenas foram utilizados eleacutetrodos multipino porosos
Fig14 (b) sendo um ligado ao terminal do eleacutetrodo de trabalho e o outro ao terminal do eleacutetrodo de
referecircncia A distacircncia entre os eleacutetrodos foi controlada durante o decorrer dos ensaios optando-se
por uma distacircncia de 3 cm entre os dois eleacutetrodos Foi tambeacutem realizada uma montagem de controlo
nas mesmas condiccedilotildees contudo esta era constituiacuteda por dois eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel
Electro-Cap International Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA)
Estabelecida a montagem do sistema eletroacutenico procedeu-se agrave mediccedilatildeo do ruiacutedo eleacutetrico em
circuito aberto para isso recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software ldquoESA410 Data Acquisitionrdquo da Gamry
um software projetado especificamente para a aquisiccedilatildeo e anaacutelise de sinais de ruiacutedo eletroquiacutemico
[37] Para aquisiccedilatildeo dos dados o ESA410trade associa-se ao potenciostato Gamry que faz aquisiccedilatildeo dos
dados em modo potenciostaacutetico a recolha dos dados eacute feita em circuito aberto O teste para cada
eleacutetrodo foi realizado ao longo de 12 minutos com uma taxa de amostragem constante de 1000 Hz
ao longo de todo o teste e um filtro de 10 A frequecircncia de amostragem foi escolhida tendo em conta
o Teorema de Nyquist que afirma que a frequecircncia de amostragem de um sinal analoacutegico para que
possa posteriormente ser reconstituiacutedo com o miacutenimo de perda de informaccedilatildeo deve ser igual ou maior
a duas vezes a maior frequecircncia do espectro desse sinal 119861 le119891119904
2 Por outras palavras a frequecircncia
maacutexima do sinal de entrada deveraacute ser menor ou igual a metade da taxa de amostragem [38] Para
que isto seja conseguido o sistema incorpora um filtro passa-baixo ldquoanti-aliasrdquo (deixa passar baixas
frequecircncias mas atenua as frequecircncias maiores do que a frequecircncia de Nyquist) [39]
3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito
Na montagem eletroacutenica dos ensaios de impedacircncia o contra eleacutetrodo era representado por
um eleacutetrodo comercial de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) o eleacutetrodo de trabalho um
eleacutetrodo poroso multipino (cada ensaio com as suas diferentes soluccedilotildees) e o eleacutetrodo de referecircncia
um eleacutetrodo de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) Fig14 (a) Optou-se tambeacutem pela
27
27
implementaccedilatildeo de um controlo com eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap International
Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap International Inc USA)
A obtenccedilatildeo dos dados eacute feita atraveacutes da teacutecnica de espectroscopia de impedacircncia
eletroquiacutemica em modo potenciostaacuteticordquo presente no software EIS300TM da Gamry neste modo de
funcionamento eacute aquirido um espectro de impedacircncia ao longo do intervalo de frequecircncias de 10 kHz
ateacute 01 Hz com uma tensatildeo AC aplicada (5 mV RMS) da tensatildeo de desvio DC (0 V vs circuito aberto)
e representados 3 pontos por deacutecada
(a) (b)
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo
342 Ensaios laquoIn vivoraquo
3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele
De modo a mensurar o ruiacutedo
causado pela interface entre o eletroacutelito e
a pele procedeu-se agrave montagem de um
sistema semelhante ao utilizado nos
ensaios do ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito dentro
de uma gaiola de Faraday contudo estes
ensaios foram realizados laquoIn vivoraquo
procedendo-se agrave colocaccedilatildeo dos dois
eleacutetrodos na zona anterior da tiacutebia com
um espaccedilo entre eles de 3 cm (Figura 15)
apoacutes a superfiacutecie da pele ter sido limpa
com etanol a 70
A montagem contava com um sistema de seguranccedila inserido em seacuterie no sistema de mediccedilatildeo
e que corta a corrente se esta for superior a 100 microA
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
28
28
A mediccedilatildeo do ruido foi feita tendo em conta o tipo de eleacutetrodo tendo-se para isso optado por
fazer as mediccedilotildees com eleacutetrodos do mesmo tipo ou seja num primeiro ensaio mensurou-se o ruido
entre 2 eleacutetrodos de pratacloreto de prata com o respetivo gel hidratante e numa segunda
abordagem optou-se por mensurar o ruido entre dois dos eleacutetrodos porosos com as diferentes soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 Contudo foi controlada a pressatildeo da banda que fixava os eleacutetrodos porosos
agrave tiacutebia sendo estipulado o valor da pressatildeo no intervalo de 15N a 2N
Neste ensaio o primeiro eleacutetrodo encontra-se ligado aos terminais dos eleacutetrodos de trabalho
o segundo ao terminal da referecircncia e o cabo do ground foi ligado agrave gaiola
Os paracircmetros dos ensaios foram os mesmos que os utilizados para a mediccedilatildeo do ruido
eleacutetrodo-eletroacutelito apresentados na secccedilatildeo 3411 contudo o tempo de aquisiccedilatildeo de sinal foi
reduzido a 5 minutos de modo a minorar o tempo de exposiccedilatildeo dos voluntaacuterios aos exames
3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele
laquoIn vivoraquo estes ensaios foram feitos logo
apoacutes a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico portanto a
superfiacutecie da pele se encontrava limpa e a
colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos obedecia agrave regra dos 3 cm
de distacircncia entre eleacutetrodos e 15-2N de pressatildeo
Para a mediccedilatildeo da impedacircncia eacute utilizada uma
configuraccedilatildeo diferente como referido no capitulo
33 Satildeo portanto utilizados 2 eleacutetrodos
comerciais de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH
Alemanha) um como referecircncia e outro como
contra eleacutetrodo e o eleacutetrodo em estudo
propiamente dito seja este o comercial (controlo)
ou o novo eleacutetrodo (Figura 16)
Os resultados obtidos para as diferentes
frequecircncias aleacutem de poderem ser representados
pelo diagrama de Nyquist como referido anteriormente podem tambeacutem ser representados num
Diagrama de Bode Neste diagrama a distribuiccedilatildeo dos valores de impedacircncia por vaacuterias ordens de
grandeza eacute representada em coordenadas polares (magnitude log|119885| em funccedilatildeo de log120596 )
3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos primariamente limpou-se a superfiacutecie do
escalpe com aacutelcool a 70 de modo a minimizar a camada gordurosa da pele De seguida procedeu-se
agrave colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos Foram colocados dois eleacutetrodos de AgAgCl (comerciais) um de forma a
servir como controlo (posiccedilatildeo O2) e outro em curto-circuito com o ground e a referecircncia (posiccedilatildeo
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino
durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia
29
29
Fp2) O eleacutetrodo poroso em estudo colocou-se a cerca de 3 cm do eleacutetrodo de AgAgCl posiccedilatildeo O2
de modo a captar o mesmo sinal que o obtido pelo eleacutetrodo de controlo (Figura 17)
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos
35 Implementaccedilatildeo em Matlab
Apoacutes a importaccedilatildeo do ficheiro obtido nos ensaios de ruiacutedo para o Matlab foi criado um filtro
Butterworth de ordem 20 de 05 ateacute 40 Hz atraveacutes da funccedilatildeo jaacute implementada pelo Matlab
ldquofdesignbandpassrdquo De seguida eacute aplicado o filtro duas vezes A primeira desde o primeiro ponto ateacute
o uacuteltimo e o segundo na ordem inversa Deste modo consegue-se natildeo soacute uma filtragem dupla mas
tambeacutem o cancelamento da fase dos filtros Assim efetivamente o filtro utilizado eacute de ordem 40 de
fase nula
De seguida eacute dividido o ensaio em segmentos de 30 segundos rejeitando os primeiros 10
segundos do ensaio Para cada segmento natildeo sobreposto eacute calculado o valor RMS da tensatildeo a
densidade espectral de potecircncia atraveacutes da estimaccedilatildeo pwelch do Matlab e o declive meacutedio (primeira
derivada do sinal) Contudo no final eacute calculada tambeacutem a densidade espectral de potecircncia global
que eacute expressa em dB
30
30
31
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Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos
Resultados obtidos e discussatildeo
41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo
411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos
eleacutetrodos
Neste estudo eacute de extrema relevacircncia a eleiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante a utilizar Para isso
recorreu-se agrave realizaccedilatildeo de vaacuterios ensaios que possibilitassem uma avaliaccedilatildeo objetiva da resposta do
sistema Efetuou-se entatildeo primeiro uma anaacutelise do ruiacutedo ao longo de 12 minutos com os eleacutetrodos
multipino nas diferentes soluccedilotildees (um medido contra o outro) e a respetiva referecircncia de seguida
realizou-se um ensaio para mensurar a resistecircncia agrave passagem de corrente com os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees e a respetiva referecircncia
Assim sendo a Figura 18 revela a impedacircncia dos eleacutetrodos nas diferentes soluccedilotildees testadas
Nesta pode-se observar que a soluccedilatildeo 1 apresenta niacuteveis de impedacircncia ligeiramente mais baixos que
as restantes soluccedilotildees Contudo os seus niacuteveis encontram-se uma deacutecada acima dos valores obtidos
pelo eleacutetrodo e AgAgCl utilizado comercialmente com o respetivo gel hidratante Observa-se ainda
que os desvios padratildeo satildeo tatildeo baixos que quase natildeo satildeo percetiacuteveis o que significa que os ensaios satildeo
bastante reprodutiacuteveis Eacute tambeacutem importante notar que ao longo de todas as frequecircncias testadas
os valores de impedacircncia aleacutem de se encontrarem todos abaixo dos valores maacuteximos permitidos (20-
40 k) [35] encontram-se ainda abaixo dos 5 k referidos como valores de impedacircncia ideal por vaacuterios
fornecedores [40][41] o que eacute de extrema relevacircncia nos passos subsequentes de aquisiccedilatildeo do sinal
uma vez que eacute indispensaacutevel ter baixos niacuteveis de impedacircncia para conseguir captar ondas cerebrais
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32
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Foram ainda feitas mediccedilotildees de ruiacutedo nas mesmas condiccedilotildees Realizando-se de seguida uma
anaacutelise no domiacutenio temporal e outra no domiacutenio das frequecircncias Para isso como foi referido no
capitulo 35 recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software Matlab A primeira anaacutelise eacute feita no domiacutenio
temporal (Figura 19 (a)) sob a forma de um graacutefico da tensatildeo meacutedia (RMS) em funccedilatildeo do tempo que
eacute obtida apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa-alto de modo a retirar a componente DC do sinal e assim
obter um sinal de ruiacutedo para altas frequecircncias que seraacute representado em periacuteodos de 30 segundos
Deste modo eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees da quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo de
estabilizaccedilatildeo do eleacutetrodo O que se observa eacute que os niacuteveis de ruiacutedo ao longo do tempo variam entre
185 microV ateacute 2 microV o que equivale a uma variaccedilatildeo maacutexima de 015 microV tanto para os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees como para o eleacutetrodo de AgAgCl no respetivo gel hidratante Observa-se
ainda que aleacutem das pequenas variaccedilotildees ao longo do tempo o desvio padratildeo para todas as soluccedilotildees eacute
muito semelhante sugerindo que natildeo haacute diferenccedilas significativas a niacutevel das soluccedilotildees implementadas
Eacute ainda de salientar que natildeo se observa nenhuma evoluccedilatildeo de ruiacutedo ao longo do tempo o que sugere
uma estabilizaccedilatildeo do sistema muito raacutepida A segunda anaacutelise no domiacutenio temporal corresponde ao
declive meacutedio (Figura 19 (b)) foi realizada recorrendo agrave primeira derivada do sinal em DC obtido a
cada 30 segundos Deste graacutefico eacute possiacutevel retirar informaccedilatildeo referente agrave deriva do potencial e ao
tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema Assim recorrendo agrave sua visualizaccedilatildeo observa-se que a
estabilizaccedilatildeo eacute feita de forma semelhante para todas as soluccedilotildees Contudo a soluccedilatildeo 3 apresenta
menos variaccedilotildees ao longo do tempo valores mais proacuteximos de zero e maior reprodutibilidade entre
ensaios Finalmente o teste de controlo efetuado com os eleacutetrodos comerciais de AgAgCl no gel
aparentam ser ligeiramente menos estaacuteveis contudo os valores se encontram na mesma gama de
tensotildees
33
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Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Para concluir realizou-se uma anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias para isso recorreu-se ao
graacutefico da densidade espectral de tensatildeo (Figura 20) Nele observa-se que os resultados do ruiacutedo do
sinal aumentam com a diminuiccedilatildeo das frequecircncias numa proporccedilatildeo 119903119906iacute119889119900 ~ 1 119891119903119890119902119906ecirc119899119888119894119886frasl
confirmando os estudos feitos por E Huigen em 2002 [20] No entanto estes tendem a estabilizar a
partir dos 10 Hz em valores proacuteximos dos -238 dB Eacute de referir que a para frequecircncias elevadas o
sinal de ruiacutedo eacute determinado pelo ruiacutedo do amplificador e natildeo pelo ruiacutedo da interface metal-eletroacutelito
uma vez que este eacute significativamente menor do que o ruiacutedo do amplificador impedindo assim a sua
mediccedilatildeo mesmo com equipamentos de baixo ruiacutedo [20]
34
34
Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
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a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
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Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
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Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
38
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Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
39
39
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
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Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
41
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Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
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Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
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43
Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
44
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VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
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45
Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
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Referecircncias
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Anexos
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Agradecimentos
Eacute com muita satisfaccedilatildeo que expresso aqui o mais profundo agradecimento a todos aqueles que
tornaram a realizaccedilatildeo deste trabalho possiacutevel
Gostaria antes de mais de agradecer ao meu orientador Prof Dr Joseacute Carlos Magalhatildees Duque
da Fonseca e ao Prof Dr Diamantino Rui da Silva Freitas coorientador da tese pela disponibilidade
pelos conhecimentos transmitidos pelas opiniotildees e criacuteticas e pela dedicaccedilatildeo e incentivo demonstrado
ao longo de todas as fases do projeto
A todos os colegas e pessoas que participaram neste estudo e sem os quais esta investigaccedilatildeo natildeo
teria sido possiacutevel
Agraves minhas amigas Inecircs Seco e Luzia Lampreia pelo companheirismo forccedila e apoio nos momentos
difiacuteceis
Agrave minha matildee por acreditar em mim e estar sempre presente por viver para me proteger pela
preocupaccedilatildeo amizade e apoio incondicional pela forccedila e garra que sempre demonstrou sendo por
isso o meu motivo de orgulho e modelo a seguir
Ao meu pai quem sempre me apoiou e transmitiu valores muito importantes por me ter ensinado
os aspetos da vida que realmente importam pela serenidade e paciecircncia que sempre demonstrou
por escutar sem julgar e sobretudo pela confianccedila e liberdade que sempre me concedeu
Estar-lhes-ei sempre grata pelos sacrifiacutecios que fizeram por mim
Ao meu mano por ser o meu confidente por me apoiar e dar na cabeccedila quando merecia por
cuidar de mim a toda hora e estar sempre disponiacutevel
Agrave minha avoacute Florinda que mesmo estando longe nesta fase da minha vida demonstrou que o
carinho quebra barreiras Quero agradecer-lhe pelo amor e pela forccedila que me ofereceu
vii
Iacutendice
Resumo i
Abstract iii
Agradecimentos v
Iacutendice vii
Lista de figuras ix
Lista de tabelas xiii
Abreviaturas e Siacutembolos xv
Capiacutetulo 1 Introduccedilatildeo 1
Capiacutetulo 2 Enquadramento teoacuterico 7 21 Sistema nervoso 7 211 Propagaccedilatildeo do sinal 8 22 Aquisiccedilatildeo do sinal 9 221 Eleacutetrodos 10 2211 Eleacutetrodos invasivos 11 2212 Eleacutetrodos natildeo invasivos 11 23 Interface do eleacutetrodo com a pele 12 231 Hidrataccedilatildeo da pele 13 2311 O gel para utilizaccedilatildeo com os eleacutetrodos 13 24 Teacutecnicas de revestimento da prata com cloreto de prata 14 25 Novo conceito de eleacutetrodo 15 26 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico 15 261 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio do tempo RMS e Deriva do potencial 18 262 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio das frequecircncias Densidade espectral 18 27 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo da impedacircncia 19
Capiacutetulo 3 Materiais e meacutetodos 23 31 Preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes 23 32 Produccedilatildeo dos novos eleacutetrodos 24 321 Produccedilatildeo da estrutura porosa de policarbonato 24 322 Preparaccedilatildeo dos eleacutetrodos de pratacloreto de prata 24 323 Montagem dos eleacutetrodos 25 33 Preparaccedilatildeo dos ensaios 25 34 Condiccedilotildees dos ensaios 25 341 Ensaios laquoIn vitroraquo 26 3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito 26 3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito 26
viii
342 Ensaios laquoIn vivoraquo 27 3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele 27 3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele 28 3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos 28 35 Implementaccedilatildeo em Matlab 29
Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos 31 41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo 31 411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos eleacutetrodos 31 412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na resposta ao
sistema 34 42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo 37
Capiacutetulo 5 Conclusotildees 47
Referecircncias 49
Anexos 51
ix
Lista de figuras
Figura 1 Eleacutetrodo de superfiacutecie comercial (Eleacutetrodo de controlo) 4
Figura 2 Corte transversal do bioeleacutetrodo de superfiacutecie em estudo com reservatoacuterio para a soluccedilatildeo hidratante 4
Figura 3 Representaccedilatildeo do fluxo ioacutenico durante o potencial de accedilatildeo (Adaptado de [16]) 8
Figura 4 Diagrama de blocos representativo de um sistema para aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos 9
Figura 5 Sistema internacional 10-20 para a colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos em EEG (Adaptado de [17]) 10
Figura 6 Representaccedilatildeo das ondas eletroencefalograacuteficas registadas durante um exame de EEG [5] 10
Figura 7 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da interface com a pele e o seu modelo de circuito eletroacutenico equivalente Adaptado de [14] 12
Figura 8 Eleacutetrodo de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios A representa o fio de prata B a soluccedilatildeo condutora C a esponja do reservatoacuterio e D material de policarbonato de natureza porosa onde se estabelece o contacto com a pele 15
Figura 9 Funccedilatildeo de um filtro passa-baixos 119860119895119891 16
Figura 10 Circuito representativo dos componentes do ruiacutedo do amplificador na entrada segundo o modelo Vn-In 17
Figura 11 Esquema representativo do ensaio potenciostaacutetico para mediccedilatildeo da impedacircncia 21
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato 24
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios 25
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo 27
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo
eletroquiacutemico 27
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia 28
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos 29
x
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os
correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 32
Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 33
Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 34
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 35
Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz
respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 36
Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 37
Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 38
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 39
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 40
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para
os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas 40
Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 42
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 42
Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos 43
xi
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso
com os olhos fechados 43
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 44
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 44
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos 45
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados 45
xiii
Lista de tabelas
Tabela 1 Classificaccedilatildeo convencional dos sinais de EEG tendo em conta a gama de frequecircncias em que se encontram com indicaccedilatildeo das situaccedilotildees tiacutepicas de ocorrecircncia [6] 2
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas 23
xv
Abreviaturas e Siacutembolos
Acroacutenimos
EEG Eletroencefalograma
NMF Natural moisturizer factor
PC Policarbonato
PCA Aacutecido carboxiacutelico da pirrolidona
PVC Policloreto de polivinilo
RMS Root mean square (Erro quadraacutetico meacutedio)
SNR ou SN Signal-to-noise ratio (Relaccedilatildeo sinal-ruiacutedo)
EIS Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica
ICM Interface ceacuterebro-maacutequina
Lista de siacutembolos
Ohm
1
Capiacutetulo 1 Introduccedilatildeo
Introduccedilatildeo
O eletroencefalograma (EEG) eacute o registo graacutefico dos potenciais eleacutetricos desenvolvidos no ceacuterebro
que eacute utilizado para o seu estudo Isto eacute feito atraveacutes de eleacutetrodos aplicados no couro cabeludo
diretamente na superfiacutecie encefaacutelica ou ateacute mesmo dentro da substacircncia encefaacutelica [1] O
procedimento foi descrito pela primeira vez pelo fisiologista alematildeo Emil du Bois-Reymond que
descobriu que a propagaccedilatildeo do estiacutemulo nervoso nos neuroacutenios resultava no surgimento de uma
corrente eleacutetrica Contudo soacute comeccedilou a ser usado em 1929 apoacutes Hans Berger (psiquiatra alematildeo)
ter conseguido obter a primeira imagem graacutefica das diferenccedilas de potencial presentes no ceacuterebro
[1][2] A combinaccedilatildeo dos diferentes sinais eacute captada pelos eleacutetrodos sob a forma de uma diferenccedila
de potencial entre cada par de eleacutetrodos (configuraccedilatildeo bipolar) ou entre cada eleacutetrodo e uma
referecircncia (configuraccedilatildeo monopolar) O princiacutepio baacutesico de obtenccedilatildeo dos traccedilados
eletroencefalograacuteficos (EEG) eacute a amplificaccedilatildeo dos sinais eleacutetricos atraveacutes da utilizaccedilatildeo de
amplificadores operacionais de instrumentaccedilatildeo [1][3][4] Estes dispositivos satildeo capazes de amplificar
pequenas diferenccedilas de potencial entre dois pontos do couro cabeludo gerando de seguida na forma
claacutessica por meio de um dispositivo chamado galvanoacutemetro de fio com registador e na forma atual
por meio de digitalizaccedilatildeo e impressatildeo um traccedilado graacutefico com diferentes formas de onda que podem
ser interpretados por especialistas na aacuterea [1][3]
Natildeo se sabe ainda interpretar completamente o significado das ondas do eletroencefalograma
mas sabe-se que estas satildeo geradas pela atividade sinaacuteptica dos neuroacutenios do coacutertex cerebral e pelas
informaccedilotildees neuro-eleacutetricas provenientes dos sistemas sensoriais Os traccedilados resultantes deste
exame quando o individuo se encontra acordado satildeo essencialmente dessincronizados isto eacute
compostos por ondas de tensotildees reduzidas e frequecircncias relativamente altas (ritmos alfa e beta)
Contudo quando o individuo se encontra a dormir e uma vez que nessa situaccedilatildeo o taacutelamo natildeo deixa
passar tatildeo facilmente a informaccedilatildeo que recebe os traccedilados dos potenciais sinaacutepticos do coacutertex
tornam-se menores menos variados e mais sincronizados [5] As ondas deste tipo podem ser descritas
atraveacutes da sua gama de frequecircncias ou de comprimentos de onda e periacuteodos associados e das
amplitudes sendo estas natildeo superiores aos 150 μV e a gama de frequecircncias encontrando-se entre os
05 e 60 Hz num EEG normal sendo portanto estes paracircmetros de grande importacircncia e a ter em
conta na anaacutelise destas ondas [6] Por convenccedilatildeo os sinais satildeo classificados em quatro bandas de
frequecircncia conforme ilustrado na Tabela 1
2
2
Tabela 1 Classificaccedilatildeo convencional dos sinais de EEG tendo em conta a gama de frequecircncias em
que se encontram com indicaccedilatildeo das situaccedilotildees tiacutepicas de ocorrecircncia [6]
ONDA FREQUEcircNCIA OCORREM DURANTE
Delta lt35 Hz Momentos do sono profundo
Theta 4-7 Hz Meditaccedilatildeo e relaxamento profundo
Alfa 8-13 Hz Estados mentais relaxados e no
sono
Beta gt13 Hz Estado normal de vigila
As designadas mediccedilotildees eletroencefalograacuteficas tecircm sido amplamente desenvolvidas e exploradas
por vaacuterios motivos que incluem a sua elevada resoluccedilatildeo temporal (na ordem dos milissegundos) e a
sua sensibilidade tanto agrave duraccedilatildeo como agrave intensidade da atividade neural resultado da sincronizaccedilatildeo
da atividade dos neuroacutenios Eacute tambeacutem uma teacutecnica muito atrativa uma vez que representa um
baixiacutessimo risco para os pacientes por ser um meacutetodo geralmente natildeo invasivo A teacutecnica EEG tem a
grande vantagem de possuir uma excelente resoluccedilatildeo temporal dos sinais Contudo sua principal
limitaccedilatildeo passa pela resoluccedilatildeo espacial uma vez que a propagaccedilatildeo da atividade eleacutetrica ao longo das
vias fisioloacutegicas e do cracircnio pode dar uma impressatildeo errada da localizaccedilatildeo da fonte da atividade
eleacutetrica resultando numa insuficiecircncia de detalhes espaciais para identificar as estruturas e funccedilotildees
relacionadas com a atividade eleacutetrica Todavia embora o sinal eleacutetrico tenha de ser transmitido
atraveacutes dos tecidos e isto provoca uma reduccedilatildeo da intensidade do sinal e pequenas distorccedilotildees assume-
se que esta atividade eacute a mesma tanto na superfiacutecie do coacutertex (local onde as ondas emergem) como
no escalpe (local onde as ondas satildeo coletadas) [5][7]
Na literatura aparecem relatos do uso de vaacuterios tipos de EEG para avaliar grupos de pacientes com
diferentes doenccedilas tais como tumores enxaquecas depressotildees e esquizofrenia no entanto na
clinica o EEG eacute sobretudo utilizado para diagnosticar doenccedilas vasculares cerebrais demecircncias e
encefalopatias [7][8][9] Todavia as aplicaccedilotildees hoje em dia para este tipo de sinais e seus sistemas
de eleacutetrodos satildeo inuacutemeras podendo-se destacar as interfaces ceacuterebro-maacutequina como uma das
principais Este tipo de interfaces procura atraveacutes das ondas produzidas no foro cerebral controlar
equipamentos sejam estes cliacutenicos ou natildeo Eacute possiacutevel detetar padrotildees de ativaccedilatildeo gerados pelo
ceacuterebro atraveacutes da colocaccedilatildeo de eleacutetrodos e anaacutelise dos sinais eletroencefalograacuteficos recolhidos tanto
no exterior como no interior da superfiacutecie encefaacutelica Os sinais captados indicam a atividade cerebral
do utilizador que apoacutes deteccedilatildeo e classificaccedilatildeo satildeo traduzidos para uma saiacuteda como por exemplo
o movimento de um cursor de um computador associado ao rato ou de qualquer dispositivo artificial
externo Os sinais de EEG natildeo-invasivos satildeo utilizados em aplicaccedilotildees de Interface ceacuterebro maacutequina
(ICM1) pois estes oferecem um niacutevel de qualidade de sinal aceitaacutevel que combina custos reduzidos e
facilidade de utilizaccedilatildeo[10]
Com o surgimento de outros meacutetodos de diagnoacutestico a utilizaccedilatildeo da eletroencefalografia entrou
em decaimento no entanto a associaccedilatildeo desta teacutecnica com o domiacutenio informaacutetico os seus baixos
1 ldquoA Interface ceacuterebro-maacutequina eacute um sistema que permite a interaccedilatildeo entre o utilizador e o meio que o cerca utilizando sinais de controlo gerados por meio da atividade cerebral O aprimoramento das pesquisas em ICM estaacute relacionado principalmente com os avanccedilos da neurofisiologia e computaccedilatildeo As pesquisas iniciais
dedicaram-se ao desenvolvimento de dispositivos de comunicaccedilatildeo de pessoas que perderam o controlo muscular voluntaacuterio (hellip)rdquo Mussatto Greice em [10] Atualmente satildeo frequentemente direcionados para auxiliar aumentar ou reparar a cogniccedilatildeo humana ou as funccedilotildees sensoriais e motoras
3
3
custos (quando comparados com as outras teacutecnicas) a facilidade na realizaccedilatildeo dos exames o pequeno
espaccedilo ocupado pelos equipamentos e a sua natureza inoacutecua vieram a dar-lhe um novo impulso
conquistando um lugar proeminente no diagnoacutestico de vaacuterias patologias cerebrais [11][12] Isso tornou
possiacutevel inclusive o mapeamento cerebral em escala de cores (a gradaccedilatildeo das cores relaciona-se
com a amplitude dos potenciais) muito popular atualmente As teacutecnicas para a obtenccedilatildeo e registo
foram por isso aprimoradas nos uacuteltimos anos evoluindo do registo em papel com um nuacutemero reduzido
de canais ao registo contiacutenuo em equipamentos de ateacute 256 canais acoplado ao registo de viacutedeo digital
atraveacutes de equipamentos dotados com sistemas wireless peccedilas de hardwares e softwares sofisticadas
para armazenamento de dados e complementar a anaacutelise visual atraveacutes da anaacutelise computacional
Contudo embora os avanccedilos informaacuteticos tenham sido importantes para o desenvolvimento desta
teacutecnica a questatildeo do eleacutetrodo a utilizar nas mediccedilotildees eacute essencial uma vez que os bioeleacutetrodos de
superfiacutecie satildeo responsaacuteveis pela captaccedilatildeo dos sinais na interface entre a pele e o equipamento de
aquisiccedilatildeo e registo sendo tambeacutem considerados o elo mais fraco na cadeia de aquisiccedilatildeo de sinal
(constituindo a maior fonte de ruiacutedo e de instabilidade) [12]
Existe uma vasta gama de eleacutetrodos disponiacuteveis incluindo eleacutetrodos de superfiacutecie descartaacuteveis ou
reutilizaacuteveis e eleacutetrodos profundos[13] Dentro dos eleacutetrodos profundos (intracranianos) mais
utilizados encontram-se os eleacutetrodos intracerebrais e os subdurais Eacute importante referir a existecircncia
destes eleacutetrodos contudo os eleacutetrodos abordados neste relatoacuterio satildeo os eleacutetrodos de superfiacutecie ou
seja aqueles que satildeo colocados sobre o escalpe Existem vaacuterias alternativas para a sua classificaccedilatildeo
todavia aqui seratildeo abordadas aquelas que se relacionam com a presenccedila ou ausecircncia de produtos
hidratantes utilizando o termo ldquoeleacutetrodos huacutemidosrdquo para aqueles que necessitam de uma soluccedilatildeo
hidratantegel e ldquoeleacutetrodos secosrdquo para aqueles que natildeo a exigem
Os principais tipos de eleacutetrodos utilizados na cliacutenica atualmente para a recolha de sinais
eletroencefalograacuteficos satildeo os eleacutetrodos de prata ouro e estanho Um eleacutetrodo do tipo Prata-Cloreto
de Prata (AgAgCl) (Figura 1) eacute um tipo de eleacutetrodo considerado como tendo caracteriacutesticas desejaacuteveis
de qualidade e estabilidade que o tornam em geral um eleacutetrodo de referecircncia no estado da arte
sendo vulgarmente utilizado em mediccedilotildees eletroquiacutemicas [14] Os fenoacutemenos que ocorrem quando
um eleacutetrodo metaacutelico entra em contacto com um eletroacutelito estatildeo na base da captaccedilatildeo dos sinais que
se pretende realizar Ocorre uma troca ioacutenica como resultado de uma reaccedilatildeo eletroquiacutemica associada
ao contacto Existindo uma tendecircncia para que os aacutetomos do metal percam eletrotildees e estes passem
para o eletroacutelito (oxidaccedilatildeo) fazendo assim com que o eleacutetrodo fique carregado negativamente no
que diz respeito ao eletroacutelito Contudo natildeo se trata de um processo estaacutetico e por conseguinte ocorre
igualmente a reaccedilatildeo contraacuteria ateacute se estabelecer o equiliacutebrio (reduccedilatildeo) [14] Este processo eacute descrito
pela Equaccedilatildeo de Nernst atraveacutes da qual eacute possiacutevel obter a constante de equiliacutebrio de uma
determinada reaccedilatildeo que envolva transferecircncia de eletrotildees Deste modo para uma reaccedilatildeo de
oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo (redox) temos
minus119899 119865119864 = minus119899 1198651198640 + 119877119879 119897119899 119876 hArr 119864 = 1198640 minus119877119879
119899119865119897119899 119876
( 1 )
Verifica-se que no ponto de equiliacutebrio o valor de Q pode ser descrito como K (contante de
equiliacutebrio da reaccedilatildeo) e considerando a constante universal dos gases perfeitos (R = 831 J K-1 mol-1 )
a carga eleacutetrica de uma mole de eletrotildees (F = 96485 Cmiddotmol-1) e que o ensaio decorre agrave temperatura
ambiente (T = 2982 K (25 degC)) obteacutem-se
E=E0-00257
nlnQ hArr 0=E0-
00257
nlnK hArr E0=
00257
nlnK hArr lnK=
n ∙ E0
00257
( 2 )
4
4
Onde Eordm se obteacutem a partir dos potenciais normais dos eleacutetrodos n eacute o nuacutemero de moles de eletrotildees
transferidos e Q eacute o quociente entre os produtos das atividades de produtos e reagentes na reaccedilatildeo
No caso da pele humana existem pequenas quantidades de NaCl (01-04) desta forma o aniatildeo
cloreto presente iraacute reagir com a prata do eleacutetrodo dando origem a uma diferenccedila de potencial
relacionado com a concentraccedilatildeo de cloreto [3] Portanto as trocas ioacutenicas que ocorrem na pele na
presenccedila deste eleacutetrodo satildeo representadas na ( 3
119860119892 + 119862119897minus 119860119892119862119897 + 119890minus ( 3 )
Este tipo de eleacutetrodos satildeo os mais utilizados hoje em dia na clinica
e satildeo fabricados como o nome o indica em prata agrave qual eacute aplicado um
revestimento de cloreto de prata Trata-se de um metal bem tolerado
pelo organismo humano que permite a obtenccedilatildeo de bons resultados
uma vez que aleacutem disso estes apresentam niacuteveis de ruido reduzidos e
natildeo satildeo facilmente polarizaacuteveis [3] no entanto a sua utilizaccedilatildeo exige
uma preparaccedilatildeo preacutevia da pele e a aplicaccedilatildeo de uma pasta condutora
(gel) que por vezes eacute desconfortaacutevel para o paciente sendo suscetiacutevel
de causar alergias e tornando o processo mais demorado uma vez que
a preparaccedilatildeolimpeza dos eleacutetrodos requer alguns cuidados e deve ser executada por um teacutecnico
Surgiu entatildeo a motivaccedilatildeo para criar novos eleacutetrodos secos que ultrapassassem estas dificuldades
dispensando a utilizaccedilatildeo do gel e a preparaccedilatildeo da pele todavia uma vez que o contacto liacutequido estaacute
ausente a impedacircncia interfacial eacute consideravelmente mais elevada (1 M contra 10-20 k)
refletindo-se numa maior sensibilidade ao movimento e de maneira geral na presenccedila de um maior
niacutevel de ruiacutedo o que exige preacute-amplificaccedilatildeo integrada Os custos associados agrave produccedilatildeo deste tipo de
eleacutetrodo satildeo tambeacutem mais elevados do que no caso dos eleacutetrodos convencionais
De modo a resolver estes problemas foi desenvolvido um novo
tipo de bioeleacutetrodo (Figura 2) [15] o qual tem a capacidade de
manter huacutemido o ponto de contacto com a pele evitando contudo
a utilizaccedilatildeo de pastas condutoras Este efeito foi conseguido usando
o princiacutepio da caneta de feltro o contacto com o escalpe eacute efetuado
a partir de vaacuterios pinos fabricados a partir de um poliacutemero poroso
acoplado a um pequeno reservatoacuterio com uma soluccedilatildeo hidratante os
pinos forneceratildeo entatildeo de forma controlada pelos efeitos
combinados da capilaridade e gravidade a soluccedilatildeo hidratante ao
ponto de contacto com o escalpe A sua forma oferece tambeacutem
muacuteltiplos pontos de contacto de modo a minimizar o ruiacutedo e obter
melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
O desenvolvimento destes eleacutetrodos compreenderaacute varias fases a primeira fase a implementar
seraacute a fabricaccedilatildeo da superfiacutecie porosa atraveacutes da compressatildeo de poacutes de policarbonato (PC) de seguida
seraacute feita a montagem dos diferentes componentes do eleacutetrodo nomeadamente a esponja o frio de
prata e o tubo de policloreto de polivinilo (PVC) que funcionaraacute como reservatoacuterio Finalmente seratildeo
preparadas e testadas vaacuterias soluccedilotildees com os mesmos componentes em diferentes concentraccedilotildees de
modo a concluir qual soluccedilatildeo fornece uma melhor hidrataccedilatildeo da pele otimizando assim os resultados
Figura 1 Eleacutetrodo de superfiacutecie comercial (Eleacutetrodo de controlo)
Figura 2 Corte transversal do bioeleacutetrodo de superfiacutecie em estudo com reservatoacuterio
para a soluccedilatildeo hidratante
5
5
6
6
7
7
Capiacutetulo 2 Enquadramento teoacuterico
Enquadramento teoacuterico
A EEG eacute um registo associado a uma teacutecnica cliacutenica que se baseia na aquisiccedilatildeo dos sinais produzidos
no coacutertex cerebral A obtenccedilatildeo dos mesmos eacute possiacutevel uma vez que aiacute existem ceacutelulas excitaacuteveis
capazes de conduzir os impulsos nervosos os neuroacutenios Estes impulsos geram correntes eleacutetricas
atraveacutes do corpo da ceacutelula ateacute uma zona chamada zona de disparo Neste local as correntes dirigem-
se ao espaccedilo extracelular provocando uma diferenccedila de potencial que desencadearaacute um novo estiacutemulo
na proacutexima ceacutelula e que contribuiraacute para a produccedilatildeo dos referidos sinais
21 Sistema nervoso
O sistema nervoso eacute responsaacutevel pela maioria das funccedilotildees de controlo no organismo coordenando
e regulando as atividades corporais Isto eacute feito atraveacutes da interpretaccedilatildeo e resposta a estiacutemulos Este
sistema eacute convencionalmente dividido em duas categorias o sistema nervoso central (SNC) que se
verifica tratar do desenvolvimento das respostas aos estiacutemulos e o sistema nervoso perifeacuterico (SNP)
o responsaacutevel pela conduccedilatildeo do estiacutemulo nervoso No caso do SNC podem distinguir-se vaacuterios oacutergatildeos
o enceacutefalo (constituiacutedo pelo ceacuterebro cerebelo e tronco encefaacutelico) e a espinal medula Jaacute no caso do
SNP esta divisatildeo eacute feita atraveacutes da distinccedilatildeo entre nervos cranianos ou espinhais [16] Os nervos satildeo
essencialmente um conjunto de axoacutenios e dendrites de vaacuterios neuroacutenios
Os neurocircnios que datildeo origem aos nervos satildeo ceacutelulas com capacidade excitatoacuteria capazes de
transmitir sinais nervosos Contudo as ceacutelulas da glia tambeacutem presentes no sistema nervoso
sobretudo nos nervos satildeo as principais responsaacuteveis pela propagaccedilatildeo orientada do estiacutemulo uma vez
que ao recobrirem o axoacutenio criam circuitos neuronais independentes [16]
Os axoacutenios transmitem pulsos eleacutetricos devido agrave presenccedila de canais ioacutenicos que abrem e fecham
de modo a controlar as concentraccedilotildees dos diferentes iotildees nos meios interno e externo da ceacutelula
8
8
211 Propagaccedilatildeo do sinal
Um impulso nervoso origina a transmissatildeo de um sinal codificado ao longo da membrana do
neuroacutenio Para compreender esta transmissatildeo dentro do proacuteprio neuroacutenio eacute necessaacuterio conhecer o
conceito de potenciais de repouso e de accedilatildeo
N as fases em que se verifica existir potenciais de repouso os iotildees de soacutedio entram para a ceacutelula
atraveacutes de transporte passivo uma vez que a concentraccedilatildeo destes eacute menor no interior da ceacutelula (a
favor do gradiente de concentraccedilatildeo) Posteriormente daacute-se a sua expulsatildeo de forma ativa ao mesmo
tempo que entram iotildees de potaacutessio ativamente Finalmente os iotildees de potaacutessio voltam passivamente
ao exterior da membrana outorgando agrave ceacutelula uma carga positiva Diz-se entatildeo que esta se encontra
polarizada Nas ceacutelulas nervosas o potencial de membrana ronda os -90mV [6]
Os potenciais de accedilatildeo satildeo os responsaacuteveis pela propagaccedilatildeo do estiacutemulo nervoso contudo a sua
duraccedilatildeo natildeo ultrapassa alguns milissegundos (ver a Figura 3) Esta propagaccedilatildeo ocorre quando o
potencial de membrana que se encontra nos -90mV passa a ocupar valores de -50 a -70mV devido a
uma perturbaccedilatildeo externa de modo a responder a esta situaccedilatildeo ocorre a passagem por difusatildeo dos
iotildees de soacutedio para o interior da ceacutelula resultando na alteraccedilatildeo dos potenciais ateacute entatildeo negativos
para valores que podem chegar a +35mV De seguida a ceacutelula expulsa ativamente o soacutedio alterando
assim o potencial para aproximadamente -95mV Daacute-se entatildeo a repolarizaccedilatildeo atraveacutes da bomba de
Na+K+ ou seja a ceacutelula volta agraves condiccedilotildees iniciais [6]
Apoacutes um sinal ser transportando atraveacutes de um neuroacutenio eacute necessaacuterio que este seja comunicado
ao neuroacutenio seguinte de modo a manter a transmissatildeo do impulso Esta transferecircncia daacute-se em locais
especiacuteficos e pode ser feita eletricamente (atraveacutes de iotildees) ou quimicamente (atraveacutes de uma fenda
sinaacuteptica onde um neurotransmissor eacute libertado e se liga a recetores especiacuteficos do neuroacutenio poacutes-
sinaacuteptico) [6][16]
Figura 3 Representaccedilatildeo do fluxo ioacutenico durante o potencial de accedilatildeo (Adaptado de [16])
9
9
22 Aquisiccedilatildeo do sinal
Eacute impossiacutevel medir a atividade eleacutetrica gerada por um uacutenico neuroacutenio contudo a aquisiccedilatildeo do
sinal electroencefalograacutefico soacute eacute possiacutevel graccedilas agrave emissatildeo parcialmente sincronizada do impulso
nervoso numa parte significativa do coacutertex cerebral Deste modo o EEG reflete o somatoacuterio da
atividade siacutencrona de milhares de neuroacutenios com uma orientaccedilatildeo espacial semelhante assessorando
assim a aquisiccedilatildeo de um sinal reprodutiacutevel e mensuraacutevel que possibilita uma interpretaccedilatildeo fidedigna
[16]
Esta teacutecnica permite o registo da atividade eleacutetrica do ceacuterebro Eacute um procedimento raacutepido
simples e indolor no qual os impulsos eleacutetricos do ceacuterebro satildeo amplificados e registrados em papel
atraveacutes de um galvanoacutemetro ou em formato digital O seu interesse prende-se natildeo soacute com os baixos
custos da teacutecnica como tambeacutem com a obtenccedilatildeo em tempo real destes sinais de modo a conseguir
diagnosticar eventuais anomalias
A EEG quando comparada com outras teacutecnicas como por exemplo o eletrocardiograma (ECG)
apresenta uma maior dificuldade na obtenccedilatildeo dos dados uma vez que a tensatildeo a captar eacute de muito
menor amplitude os sinais por vezes encontram-se na regiatildeo do ruiacutedo eleacutetrico e aleacutem disso os
amplificadores comuns natildeo fornecem uma banda de funcionamento que consiga amplificar o sinal de
forma eficaz o que exige a utilizaccedilatildeo de amplificadores especialmente desenhados [6] Contudo
estas limitaccedilotildees natildeo impediram o avanccedilo desta tecnologia Ao longo do tempo as teacutecnicas de obtenccedilatildeo
dos dados foram-se aprimorando tendo chegado na fase de maturidade agrave arquitetura ilustrada na
Figura 4 em que a saiacuteda eacute representada em papel desenhada por canetas conduzidas por mecanismos
controlados por galvanoacutemetros Hoje em dia os sistemas evoluiacuteram sobretudo na parte final atraveacutes
da digitalizaccedilatildeo dos sinais filtrados e seu armazenamento num dispositivo digital Desta forma torna-
se muito mais flexiacutevel a fase de visualizaccedilatildeo dos sinais que eacute feita em monitores graacuteficos de
computador bem como a fase de armazenamento e arquivo e criaccedilatildeo de fichas de exame A
digitalizaccedilatildeo permite o processamento digital dos sinais a fim principalmente de os caracterizar do
ponto de vista morfoloacutegico e assim contribuir para a classificaccedilatildeo do ponto de vista cliacutenico
Figura 4 Diagrama de blocos representativo de um sistema para aquisiccedilatildeo de sinais
eletroencefalograacuteficos
A EEG eacute realizada atraveacutes da colocaccedilatildeo de eleacutetrodos no couro cabeludo obedecendo o
posicionamento dos mesmos a regras especiacuteficas pois a sua localizaccedilatildeo influencia os sinais captados
10
10
De modo a facilitar a comparaccedilatildeo dos resultados eacute habitualmente utilizado um sistema se
colocaccedilatildeo padratildeo chamado 10-20 (Figura 5) Segundo este padratildeo os locais onde os eleacutetrodos satildeo
colocados satildeo denominados por letras de acordo com as aacutereas cerebrais adjacentes seguidas de um
nuacutemero impar se o eleacutetrodo se encontrar no lado esquerdo da cabeccedila ou par se for no lado direito
[6]
Apoacutes a obtenccedilatildeo do sinal contiacutenuo de EEG eacute
possiacutevel distinguir vaacuterios tipos de ondas de acordo
com a sua amplitude e frequecircncia A amplitude das
ondas pode ir ateacute aos 200 μV e a frequecircncia ateacute 30Hz
A Figura 6 representa os diferentes tipos de ondas
As ondas delta satildeo ondas da mais baixa frequecircncia
e amplitudes elevadas que ocorrem em momentos do
sono profundo por outro lado as ondas teta
encontram-se na gama de frequecircncias de 4-7 Hz
contudo
continuam a apresentar grandes amplitudes e ocorrem
em estaacutegios de meditaccedilatildeo e relaxamento profundo as
ondas alfa apresentam por sua vez amplitudes meacutedias
e frequecircncias compreendidas entre os 8 e os 13 Hz
correspondendo a estados mentais relaxados no sono
Finalmente as ondas beta satildeo as de mais elevada
frequecircncia (gt13 Hz) com amplitudes de cerca de 10 μV
e ocorrem quando existe um estimulo visual ou no estado
normal de vigiacutelia [6]
221 Eleacutetrodos
Os eleacutetrodos constituem a interface entre o escalpe e o equipamento de mediccedilatildeo No caso de um
eleacutetrodo huacutemido quando a parte metaacutelica entra em contacto com o eletroacutelito tem lugar um processo
de oxidaccedilatildeoreduccedilatildeo de iotildeesaacutetomos que daacute lugar ao aparecimento de um potencial caracteriacutestico
As propriedades fiacutesico-quiacutemicas tanto do eleacutetrodo como do eletroacutelito afetam o valor do potencial
Quando eleacutetrodos idecircnticos satildeo submersos num eletroacutelito homogeacuteneo ambos assumem o mesmo
potencial com respeito ao eletroacutelito Contudo eleacutetrodos diferentes colocados nas mesmas condiccedilotildees
apresentam potenciais diferentes [6] Deste modo eacute sensato concluir que a amplitude do potencial
depende do material de que o eleacutetrodo eacute feito Por esse motivo os eleacutetrodos utilizados na cliacutenica satildeo
comumente produzidos com prata e cloreto de prata uma vez apresentam uma resistecircncia agrave passagem
Figura 5 Sistema internacional 10-20 para
a colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos em EEG
(Adaptado de [17])
Figura 6 Representaccedilatildeo das ondas eletroencefalograacuteficas registadas durante um
exame de EEG [5]
11
11
de corrente natildeo elevada e os seus niacuteveis de impedacircncia satildeo estaacuteveis ao longo de uma ampla gama de
frequecircncias
Contudo o material natildeo eacute o uacutenico paracircmetro que varia para escolher um eleacutetrodo Dependendo
das necessidades existem tambeacutem variedades morfoloacutegicas como os eleacutetrodos invasivos e os natildeo-
invasivos
2211 Eleacutetrodos invasivos
Dentro dos eleacutetrodos invasivos (intracranianos) os mais utilizados satildeo os eleacutetrodos profundos
intracerebrais e os subdurais [13] Os primeiros consistem em eleacutetrodos em forma de agulha feitos
de material flexiacutevel com muacuteltiplos pontos de contacto para registo Satildeo ideais para o registo de
atividade em aacutereas distantes da superfiacutecie Proporcionam ainda um registo preciso da regiatildeo
volumeacutetrica adjacente a cada ponto de registo no entanto a extensatildeo da dita aacuterea eacute limitada [18]
Portanto o uso deste tipo de eleacutetrodos eacute ideal apoacutes os resultados dos exames natildeo-invasivos sugerirem
um ldquoalvordquo provaacutevel Os eleacutetrodos subdurais que podem ser do tipo placa ou tira de silicone com
muacuteltiplos contatos de registo satildeo ideais para o registo de aacutereas extensas do coacutertex [14] Contudo os
eleacutetrodos subdurais podem natildeo registar adequadamente alteraccedilotildees localizadas em profundidade
Este tipo de eleacutetrodos deve apresentar dimensotildees reduzidas de modo a que o dano provocado no
tecido cerebral seja miacutenimo Devem tambeacutem apresentar locais de aplicaccedilatildeo suficientes para recolher
potenciais de muitos neuroacutenios simultaneamente No entanto devido agrave sua natureza altamente
invasiva soacute satildeo usados em casos especiais em que o seu uso pode trazer grandes benefiacutecios para o
paciente
2212 Eleacutetrodos natildeo invasivos
O foco deste estudo centra-se nos eleacutetrodos natildeo invasivos eleacutetrodos colocados na superfiacutecie do
escalpe O contacto entre o eleacutetrodo e a pele eacute facilitado (impedacircncia reduzida) pela utilizaccedilatildeo de
gel e se for esse o caso estaacute-se perante o caso dos eleacutetrodos huacutemidos Contudo a aplicaccedilatildeo deste
gel requer uma preparaccedilatildeo preacutevia da pele que por vezes pode ser demorada suscetiacutevel de
desencadear reaccedilotildees aleacutergicas e desconfortaacutevel para o paciente [3] Surgiu entatildeo a alternativa dos
eleacutetrodos secos eleacutetrodos capazes de aquirir sinais que dispensam a utilizaccedilatildeo de soluccedilotildees todavia
como resultado da ausecircncia do gel ou pasta condutora a impedacircncia interfacial eacute muito mais elevada
tornando indispensaacutevel a integraccedilatildeo de um andar de preacute-amplificaccedilatildeo no eleacutetrodo
Procurando contornar as dificuldades de cada teacutecnica optou-se pelo desenvolvimento de um
bioeleacutetrodo inovador que dispensa a utilizaccedilatildeo de gel mas que apesar disso manteacutem um bom contacto
com a pele humidificando-a
Entre os materiais disponiacuteveis para a fabricaccedilatildeo de eleacutetrodos encontram-se o accedilo inoxidaacutevel o
ouro (Au) o oacutexido de iriacutedio (IrO2)) a prata (Ag) etc [14] tendo-se optado por utilizar um fio de
prata revestido com uma fina camada de cloreto de prata uma vez que os eleacutetrodos fabricados com
12
12
este material apresentam niacuteveis de ruiacutedo reduzidos grande estabilidade do potencial eleacutetrico na gama
de frequecircncias utilizada e uma impedacircncia interfacial baixa [14][19]
23 Interface do eleacutetrodo com a pele
A pele eacute um oacutergatildeo que cobre e protege o corpo e que se observa estar organizado em muacuteltiplas
camadas Eacute composta de trecircs camadas principais a epiderme a derme e a hipoderme cada uma
delas com carateriacutesticas estruturais especiacuteficas que levam a diferentes niacuteveis de condutividade
eleacutetrica e que podem ser representados atraveacutes de modelos baseados em componentes eleacutetricos
baacutesicos [14] Podemos entatildeo do ponto de vista eleacutetrico simular os tecidos bioloacutegicos a partir de um
circuito eleacutetrico formado por resistecircncias e condensadores dispostos em redes com seacuteries e paralelos
agindo estes como condutores ou dieleacutetricos nos quais o fluxo de corrente seguiraacute o caminho de
menor oposiccedilatildeo (Figura 7) Um exemplo ilustrativo desta situaccedilatildeo estaacute representado para o stratum
corneum a camada mais perifeacuterica da epiderme como este tecido eacute relativamente pouco condutor
apresenta uma elevada impedacircncia agrave transmissatildeo das correntes eleacutetricas [20] Assim devido agraves suas
propriedades dieleacutetricas a sua pequena espessura e o seu posicionamento entre o eleacutetrodo condutor
exterior e os tecidos subjacentes mais condutores eacute possiacutevel a sua representaccedilatildeo por meio de um
condensador de placas paralelas
Figura 7 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da interface com a pele e
o seu modelo de circuito eletroacutenico equivalente Adaptado de [14]
O valor da capacidade eleacutetrica da pele estaacute relacionado com a espessura e composiccedilatildeo da camada
coacuternea e tem um valor tiacutepico no intervalo 002-006 microFcm2 [14]
Por outro lado uma vez que alguns iotildees conseguem atravessar o stratum corneum atraveacutes dos
elementos da pele (foliacuteculos do cabelo suor canais das glacircndulas sebaacuteceas imperfeiccedilotildees da pele)
isso pode ser representado coletivamente por uma resistecircncia que seraacute colocada em paralelo com o
condensador Como as camadas subjacentes agrave epiderme satildeo relativamente condutoras representam-
se por uma resistecircncia em seacuterie adicional A presenccedila de uma elevada densidade de foliacuteculos pilosos
(que atuam como derivaccedilotildees de baixa resistecircncia) daacute origem a um valor muito baixo na resistecircncia da
13
13
pele No entanto esta observaccedilatildeo eacute contrabalanccedilada pela dificuldade em fazer contato mecacircnico e
eleacutetrico firme Em tais casos a impedacircncia da pele eacute muito elevada e por vezes eacute necessaacuterio recorrer
agrave remoccedilatildeo dos pelos antes de realizar o exame [14]
231 Hidrataccedilatildeo da pele
O processo de hidrataccedilatildeo da pele humana acontece por duas vias a interna e a externa [21] No
caso da via interna isto acontece quando os queratinoacutecitos migram atraveacutes da derme e sofrem
alteraccedilotildees significativas uma vez que paralelamente a esse processo satildeo libertados liacutepidos e o fator
de hidrataccedilatildeo natural da pele (NMF - Natural moisturizer factor) No caso dos liacutepidos estes formam
uma barreira para a perda de aacutegua e ajudam a reter a hidrataccedilatildeo natural da pele Jaacute no caso da
hidrataccedilatildeo por via externa esta acontece quando introduzimos na pele substacircncias cosmeacuteticas e
farmacecircuticas com capacidades de humedecer as camadas externas da pele para isso na produccedilatildeo
destas substacircncias satildeo utilizadas principalmente trecircs tipos de ingredientes (1) os humectantes que
Incluem a glicerina a ureia e o aacutecido carboxiacutelico da pirrolidona (PCA) que atuam atraindo a aacutegua das
camadas inferiores da derme e ajudando a manter essa aacutegua no estrato coacuterneo (2) os agentes oclusivos
que aumentam os niacuteveis de humidade proporcionando uma barreira fiacutesica para a perda de aacutegua (ceras
oacuteleos e silicones) (3) os emolientes que procuram restaurar os NMF [21]
2311 O gel para utilizaccedilatildeo com os eleacutetrodos
O gel utilizado nos eleacutetrodos serve para (1) assegurar um bom contacto eleacutetrico com a pele do
paciente (2) facilitar a transferecircncia de carga na interface eleacutetrodo-eletroacutelito e assim (3) diminuir
a impedacircncia do estrato coacuterneo [14]
Existem dois tipos de gel o gel huacutemido normalmente denominados como pasta creme ou
substacircncia gelatinosa e o hidrogel Os primeiros satildeo geralmente compostos por aacutegua um agente
espessante bactericidasfungicidas sais ioacutenicos e um surfatante O sal ioacutenico tem como finalidade
conferir condutividade eleacutetrica ao gel e diminuir a impedacircncia eleacutetrica da pele atraveacutes da sua difusatildeo
na mesma Normalmente os sais utilizados satildeo o cloreto de soacutedio (NaCl) ou de potaacutessio (KCl) uma vez
que a maior parte dos iotildees presentes na superfiacutecie da pele humana satildeo o cloreto o soacutedio e o potaacutessio
permitindo assim que elevadas concentraccedilotildees destes sais sejam melhor toleradas pelo corpo
[14][18][22] Por outro lado o hidrogel eacute um gel soacutelido que incorpora hidrocoloacuteides naturais no
entanto a utilizaccedilatildeo destes agentes naturais por vezes provoca desempenhos variaacuteveis e cores pouco
atrativas levando assim agrave utilizaccedilatildeo de hidrocoloacuteides artificiais de modo a eliminar variabilidades
indesejadas
O hidrogel tecircm tendecircncia a causar menos irritaccedilotildees na pele quando comparado com o gel huacutemido
porque o hidrogel limita-se a garantir um bom contato eleacutetrico entre a pele e o eleacutetrodo sem afetar
as propriedades do stratum corneum [14]
14
14
O hidrogel eacute eletricamente mais resistivo do que o gel no entanto esta desvantagem eacute
compensada tanto pela utilizaccedilatildeo de maiores aacutereas com hidrogel como tambeacutem pela diminuiccedilatildeo da
espessura da camada do mesmo Contudo isto natildeo eacute suficiente uma vez que o hidrogel natildeo eacute tatildeo
eficaz na hidrataccedilatildeo da pele (tem tendecircncia a absorver humidade) dando assim como resultado um
aumento na impedacircncia da pele [14]
24 Teacutecnicas de revestimento da prata com cloreto de prata
Finas camadas de um determinado metal depositado sobre um substrato desemprenham
muitas vezes uma funccedilatildeo essencial em muitos dispositivos como por exemplo nos circuitos integrados
No caso dos eleacutetrodos eacute necessaacuterio revestir os fios de prata com finas camadas de cloreto de prata
com o intuito de auxiliar a concretizaccedilatildeo das trocas ioacutenicas referidas no capiacutetulo 1 equaccedilatildeo (1) de
modo a ter-se uma transduccedilatildeo do sinal ioacutenico num sinal eleacutetrico de forma eficaz e reversiacutevel Estas
camadas devem apresentar caracteriacutesticas rigorosamente controladas A espessura a estrutura
atoacutemica e a composiccedilatildeo quiacutemica devem ser uniformes [14][18] Eacute tambeacutem importante que exista
pouca ou nenhuma contaminaccedilatildeo por outras partiacuteculas
As propriedades dos filmes satildeo altamente dependentes dos processos de deposiccedilatildeo Estes
devem ter boa aderecircncia e prover uma boa cobertura Deste modo para a preparaccedilatildeo da prata para
eleacutetrodos a teacutecnica a utilizar deve ser a deposiccedilatildeo eletroquiacutemica atraveacutes de um processo que envolve
a deposiccedilatildeo de um material soacutelido por meio de uma reaccedilatildeo quiacutemica com ou sem recurso a energia
externa Neste caso os substratos de prata satildeo submersos numa soluccedilatildeo contendo um agente oxidante
(por exemplo cloreto feacuterrico) produzindo assim uma fina camada de cloreto de prata ( ( 4)
Ag + + FCl3 FeCl2 + Ag ( 4 )
Em geral a deposiccedilatildeo por electroless plating de um metal envolve a deposiccedilatildeo de um
revestimento metaacutelico a partir dos seus iotildees presentes num banho aquoso sobre uma superfiacutecie atraveacutes
de uma reaccedilatildeo de reduccedilatildeo quiacutemica controlada que eacute ativada pelo metal que estaacute a ser depositado
(reduzido) [23] Os revestimentos obtidos atraveacutes da implementaccedilatildeo desta teacutecnica satildeo geralmente
uniformes duros com elevadas resistecircncias agrave corrosatildeo e ao desgaste e apresentam baixo coeficiente
de fricccedilatildeo [24][25]
Existe contudo uma enorme variedade de meacutetodos eletroquiacutemicos que permitem a
oxidaccedilatildeodeposiccedilatildeo de finas camadas de cloreto de prata tais como a deposiccedilatildeo assistida por plasma
ou por feixes de iotildees o sputtering a deposiccedilatildeo quiacutemica e a deposiccedilatildeo fiacutesica em fase de vapor etc
[25] Todavia a execuccedilatildeo destes processos envolve a utilizaccedilatildeo de equipamentos altamente
especializados em ambiente de vaacutecuo vaacuterias soluccedilotildees e um campo eleacutetrico de modo a possibilitar a
transformaccedilatildeo de energia quiacutemica em energia eleacutetrica e vice-versa Finalmente um meacutetodo tambeacutem
bastante usado eacute a sinterizaccedilatildeo de poacute de cloreto de prata sobre o substrato metaacutelico dando origem
a um revestimento espesso e poroso
15
15
25 Novo conceito de eleacutetrodo
O desenvolvimento do novo tipo de bioeleacutetrodo busca
colmatar as lacunas presentes nos eleacutetrodos disponiacuteveis
comercialmente (dos tipos huacutemido e seco) Tentando manter as
melhores carateriacutesticas de cada tipo de eleacutetrodo Para isso eacute
necessaacuterio desenvolver o eleacutetrodo com materiais condutores que
possibilitem as trocas ioacutenicas e aleacutem disso tenha a capacidade
de manter huacutemido o ponto de contacto com a pele de forma a
diminuir a impedacircncia na interface mas sem usar pastas ou gel
que sujam a pele
A hidrataccedilatildeo da pele por via externa nos ensaios a
realizar eacute feita atraveacutes da aplicaccedilatildeo de diferentes soluccedilotildees
hidratantes que se encontram embebidas numa esponja num
reservatoacuterio existente no eleacutetrodo (Figura 8) Estas soluccedilotildees tecircm a capacidade de migrar atraveacutes do
eleacutetrodo atraveacutes do efeito de capilaridade e gravidade uma vez que a base do eleacutetrodo eacute feita de
policarbonato com porosidade aberta adequada ao fenoacutemeno da capilaridade
O desenvolvimento deste bioeleacutetrodo inovador possibilita tambeacutem uma colocaccedilatildeo raacutepida
coacutemoda e segura Uma vez que estes passam a ser colocados com uma touca
Finalmente eacute tambeacutem importante referir que a forma do eleacutetrodo em multipino permitiraacute
numerosos pontos de contacto de modo a minimizar a impedacircncia do mesmo contribuindo para a
obtenccedilatildeo de melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
26 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
O ruiacutedo eacute um sinal interferente de natureza aleatoacuteria que provoca a degradaccedilatildeo de sinal
durante o seu processamento Em eletroacutenica diz respeito a quaisquer correntes ou tensotildees indesejadas
que mascaram o sinal que realmente interessa
Nos dispositivos e circuitos eletroacutenicos existem inuacutemeras fontes de ruiacutedo dai a importacircncia
na sua caraterizaccedilatildeo
Um tipo importante de ruiacutedo eacute o ruiacutedo de Johnson-Nyquist presente nos portadores de carga
e em todos os elementos com resistecircncia eleacutetrica Este tipo de ruiacutedo eacute caraterizado por uma densidade
espectral de potecircncia (do inglecircs power spectral density - PSD) uniforme e forma de onda gaussiana
[26]
O ruiacutedo de Johnson-Nyquist eacute comumente chamado ruiacutedo teacutermico e a sua tensatildeo eficaz pode
ser calculado atraveacutes da ( 5 para uma resistecircncia eleacutetrica R
Vt= radic4∙k∙T∙B∙R=radic16times1020
∙B∙R ( 5 )
Figura 8 Eleacutetrodo de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios A representa o fio de prata B a soluccedilatildeo condutora C a esponja do reservatoacuterio e D material de policarbonato de natureza porosa onde se estabelece o contacto com a pele
16
16
onde k representa a constante de Boltzmann em JK T a temperatura da resistecircncia em K B
a banda equivalente de ruiacutedo e R o valor da resistecircncia em Ohm
Para o caacutelculo da banda equivalente de ruiacutedo considera-se que o sistema tem uma funccedilatildeo de
transferecircncia do tipo 1198810
119881119894frasl = 119860(119895119891) e estaacute sujeito a uma entrada de ruiacutedo de PSD 119878119881119894
Deste modo
obtemos que o valor meacutedio da tensatildeo de ruiacutedo na saiacuteda para um amplificador seraacute
1198811198990
2 = int 119878119881119894 |A(jf)|2 partfinfin
0
( 6 )
Sendo |119860(119895119891)| usualmente uma funccedilatildeo do tipo
Figura 9 Funccedilatildeo de um filtro passa-baixos |119912(119947119943)|
Uma vez que as regiotildees sombreadas satildeo iguais pode-se simplificar o caacutelculo atraveacutes da aacuterea
de um retacircngulo com a mesma aacuterea que o quadrado da funccedilatildeo de transferecircncia Temos entatildeo que a
banda equivalente eacute dada por
B=1
|A0|2int |A(jf)|2 partf
infin
0
( 7 )
Outro tipo de ruiacutedo presente nos equipamentos eletroacutenicos que eacute interessante estudar eacute o
ruiacutedo ldquoshotrdquo ou ruiacutedo de corrente (Ish) que como o nome indica estaacute associado agrave corrente DC que
flui atraveacutes de uma barreira de potencial e pode ser representado por
Ish= radic2∙q∙IDc∙B ( 8 )
Onde q representa a carga eletroacutenica em coulomb e IDC a corrente contiacutenua meacutedia em ampere
Finalmente outro tipo de ruiacutedo a estudar seraacute o ruiacutedo 1f ldquoflickerrdquo ou ruiacutedo de contacto (If)
que ocorre devido agraves diferenccedilas nos niacuteveis de energia eleacutetricos quando existe um contato imperfeito
entre dois materiais Este tipo de ruiacutedo pode ser calculado atraveacutes de
119868119891 = 119870 ∙ 119868119863119888 ∙ radic119861
radic119891 ( 9 )
Onde K eacute um valor constante que depende do material e da geometria
A baixas frequecircncias este ruiacutedo eacute chamado de ruiacutedo ldquo1frdquo devido agrave tendecircncia caracteriacutestica
de decrescimento com a frequecircncia Eacute importante notar que a magnitude do ruido ldquoflickerrdquo pode ser
17
17
muito grande para pequenas frequecircncias o que leva a que seja a forma de ruiacutedo predominante em
circuitos de baixa frequecircncia
Considerando o ruiacutedo total como adiccedilatildeo das contribuiccedilotildees dos vaacuterios tipos de ruiacutedo na
configuraccedilatildeo eleacutetrica adotada para um amplificador pode-se considerar que o ruiacutedo na entrada segue
a representaccedilatildeo da Figura 10 da qual eacute possiacutevel retirar que
1198681198992 =
1198811198991199052 minus 119881119899
2 minus 1198811199052
1198771199042 ( 10 )
Na praacutetica In pode ser calculado atraveacutes da PSD do ruiacutedo total obtido com uma resistecircncia
elevada de modo a que 1198811198990≫ 119860radic119881119899
2 ∙ 1198811199052 e que Vn eacute a PSD do sistema com a entrada em curto circuito
Figura 10 Circuito representativo dos componentes do ruiacutedo do amplificador na entrada segundo o modelo Vn-In
No corpo humano a captaccedilatildeo dos biopotenciais no escalpe estaacute sujeita agrave presenccedila de ruiacutedo
eleacutetrico intriacutenseco indesejado na interface eleacutetrodogelpele que faz com que o processo de deteccedilatildeo
e anaacutelise dos sinais bioloacutegicos reais seja mais complicado Eacute necessaacuterio por isso caracterizar e
conhecer a magnitude e origem destas flutuaccedilotildees de modo a caraterizar a qualidade dos eleacutetrodos
desenvolvidos
O ruiacutedo eleacutetrodo-pele pode estar ligado agrave interface entre o eleacutetrodo e o eletroacutelito ou entatildeo
agrave interface eletroacutelito-pele No primeiro caso esta situaccedilatildeo pode ser mensurada atraveacutes da colocaccedilatildeo
de eleacutetrodos do mesmo tipo um contra o outro Por outro lado o ruiacutedo produzido pela interface
eletroacutelito-pele deve ser mensurado de uma forma indireta atraveacutes do contacto direto entre o eleacutetrodo
e a pele Nesta situaccedilatildeo o ruiacutedo eacute tipicamente mais elevado do que o que se obteacutem na interface
eleacutetrodo-eletroacutelito [3] Uma vez que os resultados obtidos nestes ensaios dependem diretamente do
estado da pele eacute importante garantir um tratamento preacutevio adequado
18
18
261 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio do tempo RMS e Deriva do potencial
A raiz do valor quadraacutetico meacutedio RMS (do inglecircs root mean square) ou valor eficaz eacute uma
medida estatiacutestica da magnitude de uma quantidade variaacutevel que pode ser calculada atraveacutes da
expressatildeo
120600119877119872119878 = radic1
119873 sum120600119894
2
119873
119894=1
= radic1206001
2 + 12060022 + ⋯+ 120600119873
2
119873 ( 11 )
Nos sinais a estudar satildeo calculados os valores RMS da parte alternada do sinal em intervalos
de tempo sucessivos Destes valores eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees acerca da evoluccedilatildeo temporal do
sinal assim como a quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo
Por outro lado a deriva do potencial eacute calculada recorrendo agrave primeira derivada do sinal nos
diferentes pontos pela componente contiacutenua do sinal sendo portanto de natureza lenta Eacute possiacutevel
por isso analisar a deriva do potencial e o tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema atraveacutes do recurso desde
caacutelculo
262 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio das frequecircncias Densidade espectral
A densidade espectral de potecircncia PSD eacute definida pela transformada de Fourier da funccedilatildeo
de autocorrelaccedilatildeo (Rxx (120591)) de um processo estacionaacuterio ou seja
Teorema de Wiener-Khintchine 119878119909(119891) = F[Rxx(120591)]= int Rxx(120591)119890minus 1198952120587119891120591119889120591infin
minusinfin
( 12 )
Por outras palavras a PSD descreve a distribuiccedilatildeo da variacircncia de um processo aleatoacuterio no
domiacutenio da frequecircncia [27][28]
No Matlab esta estimaccedilatildeo eacute feita atraveacutes da funccedilatildeo pwelch jaacute implementada esta segue o
meacutetodo Welch para o caacutelculo da PSD Este meacutetodo eacute baseado no conceito de utilizaccedilatildeo de
periodogramas de estimaccedilatildeo espectral que satildeo o resultado da conversatildeo de um sinal no domiacutenio
temporal para o domiacutenio da frequecircncia [29] Para isso o meacutetodo Welch segue o fundamento do
meacutetodo Bartlett contudo permite a sobreposiccedilatildeo de segmentos [30]
O meacutetodo Bartlett consiste primeiramente na divisatildeo do segmento original de N amostras em
K segmentos de comprimento M Para cada segmento eacute obtido o periodograma calculado atraveacutes da
transformada discreta de Fourier de seguida eacute calculado o quadrado do resultado e dividido por M
Finalmente eacute feita a meacutedia do resultado dos periodogramas para todos os segmentos de K amostras
resultando num uacutenico vetor de potenciais em funccedilatildeo da frequecircncia Ou seja a reparticcedilatildeo da potecircncia
ao longo do espetro [28]
19
19
27 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo da impedacircncia
Um sistema eletroquiacutemico eacute aquele onde haacute a presenccedila de pelo menos uma fase condutora
eletroacutenica (eleacutetrodo) em contato direto com uma fase condutora ioacutenica (eletroacutelito) as quais originam
a interface eleacutetrodo-eletroacutelito onde se forma duma dupla camada eleacutetrica
A mediccedilatildeo da impedacircncia eletroquiacutemica em modo potenciostaacutetico eacute feita atraveacutes da
aplicaccedilatildeo de um sinal de potencial eleacutetrico sinusoidal 119881(119905) com cerca de 5 a 20 mV numa ceacutelula
eletroquiacutemica Satildeo medidas a resposta na forma de corrente eleacutetrica 119868(119905) e diferenccedila de fase entre
o sinal de potencial e o sinal da corrente [31] Ao medir a corrente alternada que atravessa a ceacutelula
eletroquiacutemica obtemos a impedacircncia Z da forma convencional 119885 = 119881119868 [32] Refira-se que a obtenccedilatildeo
da impedacircncia pode igualmente ser feita impondo uma perturbaccedilatildeo de corrente e medindo o
potencial A impedacircncia do eleacutetrodo reflete entatildeo a capacidade do eleacutetrodo para transferir carga a
determinada frequecircncia [32][33]
Deste modo tem-se se os valores da tensatildeo alternada V(t) e da intensidade I(t) forem
representados por
V(t)=V0∙ cos ωt
( 13 )
I(t)=I0∙ cos (ωt+φ) ( 14 )
No qual V0 representa a amplitude de pico do sinal 120596 a frequecircncia angular (120596 = 2120587119891) I0 a
amplitude do sinal de corrente e 120593 a diferenccedila de fase entre os dois sinais
Pela equaccedilatildeo de Euler
eiφ= cos φ +j sin φ ( 15 )
temos entatildeo que se φ=120596119905
V(t)= V0∙Re(ejωt) ( 16 )
representando essa tensatildeo alternada como uma parte real de uma grandeza complexa
temos que V(t) eacute equivalente a
V(t)=V0∙Re(119888119900119904120596119905 + 119895 ∙ 119904119894119899 120596119905) ( 17 )
Por outro lado atendendo agrave Equaccedilatildeo de Euler acima descrita a corrente eleacutetrica gerada
por um elemento de circuito em resposta a uma tensatildeo alternada pode ser escrita como
I(t)=I0∙Re(119890(120596119905+120593))
( 18 )
Deste modo a impedacircncia fica
Z(ω)=Z0∙ejφ
( 19 )
e aplicando a equaccedilatildeo de Euler
Z(ω)=Z ( cos φ + j sin φ ) ( 20 )
20
20
Obtemos uma equaccedilatildeo composta de uma parte real e uma parte imaginaacuteria possibilitando
assim a sua representaccedilatildeo num plano cartesiano onde a parte real corresponderaacute ao eixo das abcissas
e a parte imaginaria ao eixo das ordenadas (Diagrama de Nyquist)
Pode-se tambeacutem representar a impedacircncia como um vetor no plano complexo
Z (ω)=Re[Z(ω)]i +Im[Z(ω)]j ( 21 )
E se Z0 for o moacutedulo da impedacircncia a parte real de 119885(120596) escreve-se
Z=Z0∙ cos φ
( 22 )
sendo a parte imaginaacuteria representada por
Z=Z0∙ sin φ
( 23 )
que segundo a representaccedilatildeo de Fresnel corresponde a
Z(ω)=Z+ j Z
( 24 )
ou seja
1198850=|Z(ω)|=radicZ2+ Z
2 ( 25 )
e
tan φ = Z
Zfrasl ( 26 )
Os diagramas de Nyquist satildeo uacuteteis para reconhecer o tipo de processo envolvido Os diagramas
de Bode por outro lado mostram a dependecircncia direta do acircngulo de fase com a frequecircncia Este
uacuteltimo eacute particularmente interessante em escalas de frequecircncia muito diferentes uma vez que eacute
frequentemente representado atraveacutes da escala logariacutetmica portanto os resultados nos capiacutetulos
subsequentes seratildeo apresentados neste formato
21
21
A teacutecnica de Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica (do inglecircs Electrochemical
Impedance Spectroscopy - EIS) fornece uma visatildeo completa e detalhada das caracteriacutesticas eleacutetricas
da interface eleacutetrodo-eletroacutelito quando efetuada
numa gama suficientemente largada de frequecircncias
Na Figura 11 estaacute representado um esquema da
montagem experimental para mediccedilatildeo da
impedacircncia As reaccedilotildees eletroquiacutemicas satildeo em
essecircncia reaccedilotildees quiacutemicas em que ocorrem
transferecircncia de eletrotildees para um eleacutetrodo e como
regra ocorrem de acordo com princiacutepios quiacutemicos
gerais Haacute contudo certas caracteriacutesticas das
reaccedilotildees eletroquiacutemicas que satildeo uacutenicas Algumas
delas envolvem a transferecircncia de eletrotildees atraveacutes
de uma interface (reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo) o
que acarreta uma dependecircncia com as dimensotildees e
aacuterea do eleacutetrodo assim como tambeacutem das
propriedades da interface com o eleacutetrodo
Eacute habitual que os eleacutetrodos de AgAgCl apresentem potenciais relativamente baixos e
estaacuteveis Portanto a deposiccedilatildeo da camada de AgCl estabilizaraacute o potencial do eleacutetrodo e reduziraacute os
niacuteveis de impedacircncia Eacute de salientar que impedacircncias aceitaacuteveis para os eleacutetrodos de superfiacutecie devem
encontrar-se abaixo dos 5 k uma vez que quanto maior a impedacircncia maior seraacute a resistecircncia do
eleacutetrodo agrave passagem de corrente No entanto valores de 10 k ou mesmo 40 K ainda satildeo
considerados aceitaacuteveis dependendo dos autores [34][35]
Figura 11 Esquema representativo do ensaio potenciostaacutetico para mediccedilatildeo da impedacircncia
22
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Capiacutetulo 3 Materiais e meacutetodos
Materiais e meacutetodos
31 Preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes
Na preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes dissolveu-se cloreto de soacutedio (NaCl) em aacutegua
adicionando de seguida um tensioativo (tweencopy-80) e um humectante (propilenoglicol) As
concentraccedilotildees destes componentes variaram nas 3 soluccedilotildees conforme referido na Tabela 2 Conveacutem
referir que cada componente foi dissolvido em constante e contiacutenua agitaccedilatildeo numa placa de
agitaccedilatildeo tendo-se misturado primeiro o propilenogicol com o tweencopy e soacute depois com os restantes
compostos
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas
COMPONENTE INFORMACcedilAtildeO DO COMPONENTE SOLUCcedilAtildeO
1 2 3
NaCl (mV) VWR-BDH Prolabo Lote 27810295
09 09 09
Tweencopy-80 (VV) Acofarma
Lote 130287 3 3 5
Propilenoglicol(VV) Acofarma
Lote 131337 10 30 30
Aacutegua (VV) - qbp 100 qbp 100 qbp 100
A biocompatibilidade das mateacuterias-primas empregues para a obtenccedilatildeo das soluccedilotildees torna este
novo conceito de eleacutetrodo uma alternativa promissora para utilizaccedilatildeo cliacutenica Esta biocompatibilidade
estaacute inversamente relacionada com a concentraccedilatildeo de cloretos de soacutedio ou seja quanto menor a
concentraccedilatildeo tanto maior a biocompatibilidade das soluccedilotildees Por esse motivo as soluccedilotildees
desenvolvidas contavam com pequenas concentraccedilotildees de sais de modo a ser o mais semelhante
possiacutevel aos componentes ioacutenicos da proacutepria pele humana
24
24
32 Produccedilatildeo dos novos eleacutetrodos
321 Produccedilatildeo da estrutura porosa de policarbonato
A produccedilatildeo da estrutura porosa (wicks) foi realizada atraveacutes da sinterizaccedilatildeo de poacutes de
policarbonato (PC)
No que diz respeito ao processo de fabrico propriamente
dito o primeiro passo consistiu na moagem da mateacuteria-prima
(policarbonato) de seguida estas partiacuteculas foram sinterizadas
atraveacutes de um equipamento designado por cilindro de sinterizaccedilatildeo
Este cilindro foi aquecido a uma temperatura de asymp170degC e atingida
esta gama de temperaturas colocaram-se as partiacuteculas no molde
ldquoWickrdquo com as dimensotildees apresentadas na Figura 12 que se
encontrava dentro do cilindro central Procedeu-se
imediatamente ao encaixe do pistatildeo no cilindro central Para
finalizar mergulhou-se em aacutegua fria o cilindro central contendo o
molde deixando de seguida secar agrave temperatura ambiente [36]
322 Preparaccedilatildeo dos eleacutetrodos de pratacloreto de prata
Para a deposiccedilatildeo da camada de cloreto de prata nos fios de prata recorreu-se a uma teacutecnica
de deposiccedilatildeo quiacutemica Para isso os fios de prata (Ag) (diacircmetro = 250 miacutecron 9999 Goodfellow
Cambridge) foram oxidados com uma soluccedilatildeo de cloreto de ferro (III) (MERCK Lote 7705-08-0) apoacutes
um preacute-tratamento que permitiu a remoccedilatildeo de impurezas e sujidades presentes na superfiacutecie dos fios
Este preacute-tratamento consistiu na limpeza da superfiacutecie dos fios com 2-propanol e posterior imersatildeo
dos mesmos numa tina de ultrassons com 2-propanol durante 10 minutos De seguida mergulharam-
se os fios de prata em aacutegua destilada de forma a remover todo o 2-propanol presente Finalmente
o processo de oxidaccedilatildeo consistiu em submergir os fios de prata numa soluccedilatildeo aquosa de FeCl3 50 mM
durante 2 minutos ao finalizar este periacuteodo foram armazenados durante 24h num recipiente revestido
com folha de alumiacutenio que possuiacutea uma soluccedilatildeo de HCl 01M para estabilizaccedilatildeo Os fios que natildeo foram
utilizados imediatamente foram armazenados num recipiente revestido com folha de alumiacutenio com
uma soluccedilatildeo de HCl 0005M O comprimento de cada fio de prata eacute aproximadamente de 8 cm
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato
25
25
323 Montagem dos eleacutetrodos
Apoacutes o fabrico da estrutura porosa e da preparaccedilatildeo dos
fios de prata procedeu-se agrave montagem dos eleacutetrodos para isso
cortaram-se pequenas porccedilotildees de uma esponja em poliuretano
com configuraccedilatildeo ciliacutendrica e um diacircmetro semelhante ao da
parte superior da estrutura porosa De seguida atravessou-se esta
esponja com o fio de prata e inseriu-se o conjunto ldquoesponja +
arame de pratardquo dentro de um orifiacutecio superior que a estrutura
porosa possui Finalmente incorporou-se esta estrutura dentro de
um tubo de PVC de modo a atingir a configuraccedilatildeo apresentada na
Figura 13
33 Preparaccedilatildeo dos ensaios
Antes do iniacutecio dos ensaios os eleacutetrodos foram previamente lavados com 2-propanol e
colocados na estufa de modo a evaporar os resiacuteduos do aacutelcool Posteriormente foi aplicada a soluccedilatildeo
hidratante que se pretendia estudar de modo a que a esponja ficasse completamente embebida Desta
forma por uma parte os novos eleacutetrodos em estudo foram testados recorrendo agraves soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 e por outra os eleacutetrodos que serviram como controlo (eleacutetrodo de AgAgCl
(BIO EASYCAP GmbH Alemanha)) utilizaram o gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) Foram tambeacutem utilizados eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) como referecircncia
Para os estudos eletroquiacutemicos incorporaram-se os eleacutetrodos numa montagem constituiacuteda por
um potenciostatogalvanostato Gamry G-300 (Gamry Instruments USA) De modo a diminuir o ruiacutedo
eletroacutenico os ensaios foram todos realizados dentro de uma Gaiola de Faraday Eacute importante referir
que uma vez o nosso sistema de aquisiccedilatildeo de dados era ldquoearth groundedrdquo seguiu-se a sugestatildeo da
bula do Gamry e optou-se unicamente por ligar o ldquofloating groundrdquo agrave gaiola
34 Condiccedilotildees dos ensaios
A primeira parte do trabalho foi desenvolvida laquoIn vitroraquo com eleacutetrodos multipino foi feito
entatildeo um estudo do ruido eletroquiacutemico entre eleacutetrodos do mesmo tipo nas diferentes soluccedilotildees
referidas na Tabela 2 De seguida realizou-se um estudo das impedacircncias dos novos eleacutetrodos nas
diferentes soluccedilotildees seguidos por um estudo de controlo realizado nas mesmas condiccedilotildees com o
eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente e o correspondente gel hidratante Estes ensaios foram
reproduzidos 3 vezes uma vez que em estudos anteriores jaacute se tinha verificado uma boa
reprodutibilidade dos ensaios
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios
26
26
Na segunda fase dos estudos realizou-se uma avaliaccedilatildeo do ruido da impedacircncia vs frequecircncia
laquoIn vivoraquo com as diferentes soluccedilotildees Estes ensaios foram realizados em 8 voluntaacuterios saudaacuteveis 6 do
sexo feminino e 2 do masculino Deste modo consegue-se escolher uma soluccedilatildeo para avanccedilar ao
estaacutegio seguinte que consistia na mediccedilatildeo e comparaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos obtidos tanto
com os eleacutetrodos de controlo como com os eleacutetrodos multipino porosos com a soluccedilatildeo hidratante mais
adequada Os resultados foram obtidos com a participaccedilatildeo de 2 voluntaacuterios saudaacuteveis de ambos sexos
341 Ensaios laquoIn vitroraquo
3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito
Nos ensaios de ruiacutedo eletroquiacutemico apenas foram utilizados eleacutetrodos multipino porosos
Fig14 (b) sendo um ligado ao terminal do eleacutetrodo de trabalho e o outro ao terminal do eleacutetrodo de
referecircncia A distacircncia entre os eleacutetrodos foi controlada durante o decorrer dos ensaios optando-se
por uma distacircncia de 3 cm entre os dois eleacutetrodos Foi tambeacutem realizada uma montagem de controlo
nas mesmas condiccedilotildees contudo esta era constituiacuteda por dois eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel
Electro-Cap International Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA)
Estabelecida a montagem do sistema eletroacutenico procedeu-se agrave mediccedilatildeo do ruiacutedo eleacutetrico em
circuito aberto para isso recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software ldquoESA410 Data Acquisitionrdquo da Gamry
um software projetado especificamente para a aquisiccedilatildeo e anaacutelise de sinais de ruiacutedo eletroquiacutemico
[37] Para aquisiccedilatildeo dos dados o ESA410trade associa-se ao potenciostato Gamry que faz aquisiccedilatildeo dos
dados em modo potenciostaacutetico a recolha dos dados eacute feita em circuito aberto O teste para cada
eleacutetrodo foi realizado ao longo de 12 minutos com uma taxa de amostragem constante de 1000 Hz
ao longo de todo o teste e um filtro de 10 A frequecircncia de amostragem foi escolhida tendo em conta
o Teorema de Nyquist que afirma que a frequecircncia de amostragem de um sinal analoacutegico para que
possa posteriormente ser reconstituiacutedo com o miacutenimo de perda de informaccedilatildeo deve ser igual ou maior
a duas vezes a maior frequecircncia do espectro desse sinal 119861 le119891119904
2 Por outras palavras a frequecircncia
maacutexima do sinal de entrada deveraacute ser menor ou igual a metade da taxa de amostragem [38] Para
que isto seja conseguido o sistema incorpora um filtro passa-baixo ldquoanti-aliasrdquo (deixa passar baixas
frequecircncias mas atenua as frequecircncias maiores do que a frequecircncia de Nyquist) [39]
3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito
Na montagem eletroacutenica dos ensaios de impedacircncia o contra eleacutetrodo era representado por
um eleacutetrodo comercial de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) o eleacutetrodo de trabalho um
eleacutetrodo poroso multipino (cada ensaio com as suas diferentes soluccedilotildees) e o eleacutetrodo de referecircncia
um eleacutetrodo de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) Fig14 (a) Optou-se tambeacutem pela
27
27
implementaccedilatildeo de um controlo com eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap International
Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap International Inc USA)
A obtenccedilatildeo dos dados eacute feita atraveacutes da teacutecnica de espectroscopia de impedacircncia
eletroquiacutemica em modo potenciostaacuteticordquo presente no software EIS300TM da Gamry neste modo de
funcionamento eacute aquirido um espectro de impedacircncia ao longo do intervalo de frequecircncias de 10 kHz
ateacute 01 Hz com uma tensatildeo AC aplicada (5 mV RMS) da tensatildeo de desvio DC (0 V vs circuito aberto)
e representados 3 pontos por deacutecada
(a) (b)
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo
342 Ensaios laquoIn vivoraquo
3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele
De modo a mensurar o ruiacutedo
causado pela interface entre o eletroacutelito e
a pele procedeu-se agrave montagem de um
sistema semelhante ao utilizado nos
ensaios do ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito dentro
de uma gaiola de Faraday contudo estes
ensaios foram realizados laquoIn vivoraquo
procedendo-se agrave colocaccedilatildeo dos dois
eleacutetrodos na zona anterior da tiacutebia com
um espaccedilo entre eles de 3 cm (Figura 15)
apoacutes a superfiacutecie da pele ter sido limpa
com etanol a 70
A montagem contava com um sistema de seguranccedila inserido em seacuterie no sistema de mediccedilatildeo
e que corta a corrente se esta for superior a 100 microA
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
28
28
A mediccedilatildeo do ruido foi feita tendo em conta o tipo de eleacutetrodo tendo-se para isso optado por
fazer as mediccedilotildees com eleacutetrodos do mesmo tipo ou seja num primeiro ensaio mensurou-se o ruido
entre 2 eleacutetrodos de pratacloreto de prata com o respetivo gel hidratante e numa segunda
abordagem optou-se por mensurar o ruido entre dois dos eleacutetrodos porosos com as diferentes soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 Contudo foi controlada a pressatildeo da banda que fixava os eleacutetrodos porosos
agrave tiacutebia sendo estipulado o valor da pressatildeo no intervalo de 15N a 2N
Neste ensaio o primeiro eleacutetrodo encontra-se ligado aos terminais dos eleacutetrodos de trabalho
o segundo ao terminal da referecircncia e o cabo do ground foi ligado agrave gaiola
Os paracircmetros dos ensaios foram os mesmos que os utilizados para a mediccedilatildeo do ruido
eleacutetrodo-eletroacutelito apresentados na secccedilatildeo 3411 contudo o tempo de aquisiccedilatildeo de sinal foi
reduzido a 5 minutos de modo a minorar o tempo de exposiccedilatildeo dos voluntaacuterios aos exames
3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele
laquoIn vivoraquo estes ensaios foram feitos logo
apoacutes a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico portanto a
superfiacutecie da pele se encontrava limpa e a
colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos obedecia agrave regra dos 3 cm
de distacircncia entre eleacutetrodos e 15-2N de pressatildeo
Para a mediccedilatildeo da impedacircncia eacute utilizada uma
configuraccedilatildeo diferente como referido no capitulo
33 Satildeo portanto utilizados 2 eleacutetrodos
comerciais de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH
Alemanha) um como referecircncia e outro como
contra eleacutetrodo e o eleacutetrodo em estudo
propiamente dito seja este o comercial (controlo)
ou o novo eleacutetrodo (Figura 16)
Os resultados obtidos para as diferentes
frequecircncias aleacutem de poderem ser representados
pelo diagrama de Nyquist como referido anteriormente podem tambeacutem ser representados num
Diagrama de Bode Neste diagrama a distribuiccedilatildeo dos valores de impedacircncia por vaacuterias ordens de
grandeza eacute representada em coordenadas polares (magnitude log|119885| em funccedilatildeo de log120596 )
3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos primariamente limpou-se a superfiacutecie do
escalpe com aacutelcool a 70 de modo a minimizar a camada gordurosa da pele De seguida procedeu-se
agrave colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos Foram colocados dois eleacutetrodos de AgAgCl (comerciais) um de forma a
servir como controlo (posiccedilatildeo O2) e outro em curto-circuito com o ground e a referecircncia (posiccedilatildeo
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino
durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia
29
29
Fp2) O eleacutetrodo poroso em estudo colocou-se a cerca de 3 cm do eleacutetrodo de AgAgCl posiccedilatildeo O2
de modo a captar o mesmo sinal que o obtido pelo eleacutetrodo de controlo (Figura 17)
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos
35 Implementaccedilatildeo em Matlab
Apoacutes a importaccedilatildeo do ficheiro obtido nos ensaios de ruiacutedo para o Matlab foi criado um filtro
Butterworth de ordem 20 de 05 ateacute 40 Hz atraveacutes da funccedilatildeo jaacute implementada pelo Matlab
ldquofdesignbandpassrdquo De seguida eacute aplicado o filtro duas vezes A primeira desde o primeiro ponto ateacute
o uacuteltimo e o segundo na ordem inversa Deste modo consegue-se natildeo soacute uma filtragem dupla mas
tambeacutem o cancelamento da fase dos filtros Assim efetivamente o filtro utilizado eacute de ordem 40 de
fase nula
De seguida eacute dividido o ensaio em segmentos de 30 segundos rejeitando os primeiros 10
segundos do ensaio Para cada segmento natildeo sobreposto eacute calculado o valor RMS da tensatildeo a
densidade espectral de potecircncia atraveacutes da estimaccedilatildeo pwelch do Matlab e o declive meacutedio (primeira
derivada do sinal) Contudo no final eacute calculada tambeacutem a densidade espectral de potecircncia global
que eacute expressa em dB
30
30
31
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Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos
Resultados obtidos e discussatildeo
41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo
411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos
eleacutetrodos
Neste estudo eacute de extrema relevacircncia a eleiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante a utilizar Para isso
recorreu-se agrave realizaccedilatildeo de vaacuterios ensaios que possibilitassem uma avaliaccedilatildeo objetiva da resposta do
sistema Efetuou-se entatildeo primeiro uma anaacutelise do ruiacutedo ao longo de 12 minutos com os eleacutetrodos
multipino nas diferentes soluccedilotildees (um medido contra o outro) e a respetiva referecircncia de seguida
realizou-se um ensaio para mensurar a resistecircncia agrave passagem de corrente com os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees e a respetiva referecircncia
Assim sendo a Figura 18 revela a impedacircncia dos eleacutetrodos nas diferentes soluccedilotildees testadas
Nesta pode-se observar que a soluccedilatildeo 1 apresenta niacuteveis de impedacircncia ligeiramente mais baixos que
as restantes soluccedilotildees Contudo os seus niacuteveis encontram-se uma deacutecada acima dos valores obtidos
pelo eleacutetrodo e AgAgCl utilizado comercialmente com o respetivo gel hidratante Observa-se ainda
que os desvios padratildeo satildeo tatildeo baixos que quase natildeo satildeo percetiacuteveis o que significa que os ensaios satildeo
bastante reprodutiacuteveis Eacute tambeacutem importante notar que ao longo de todas as frequecircncias testadas
os valores de impedacircncia aleacutem de se encontrarem todos abaixo dos valores maacuteximos permitidos (20-
40 k) [35] encontram-se ainda abaixo dos 5 k referidos como valores de impedacircncia ideal por vaacuterios
fornecedores [40][41] o que eacute de extrema relevacircncia nos passos subsequentes de aquisiccedilatildeo do sinal
uma vez que eacute indispensaacutevel ter baixos niacuteveis de impedacircncia para conseguir captar ondas cerebrais
32
32
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Foram ainda feitas mediccedilotildees de ruiacutedo nas mesmas condiccedilotildees Realizando-se de seguida uma
anaacutelise no domiacutenio temporal e outra no domiacutenio das frequecircncias Para isso como foi referido no
capitulo 35 recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software Matlab A primeira anaacutelise eacute feita no domiacutenio
temporal (Figura 19 (a)) sob a forma de um graacutefico da tensatildeo meacutedia (RMS) em funccedilatildeo do tempo que
eacute obtida apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa-alto de modo a retirar a componente DC do sinal e assim
obter um sinal de ruiacutedo para altas frequecircncias que seraacute representado em periacuteodos de 30 segundos
Deste modo eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees da quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo de
estabilizaccedilatildeo do eleacutetrodo O que se observa eacute que os niacuteveis de ruiacutedo ao longo do tempo variam entre
185 microV ateacute 2 microV o que equivale a uma variaccedilatildeo maacutexima de 015 microV tanto para os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees como para o eleacutetrodo de AgAgCl no respetivo gel hidratante Observa-se
ainda que aleacutem das pequenas variaccedilotildees ao longo do tempo o desvio padratildeo para todas as soluccedilotildees eacute
muito semelhante sugerindo que natildeo haacute diferenccedilas significativas a niacutevel das soluccedilotildees implementadas
Eacute ainda de salientar que natildeo se observa nenhuma evoluccedilatildeo de ruiacutedo ao longo do tempo o que sugere
uma estabilizaccedilatildeo do sistema muito raacutepida A segunda anaacutelise no domiacutenio temporal corresponde ao
declive meacutedio (Figura 19 (b)) foi realizada recorrendo agrave primeira derivada do sinal em DC obtido a
cada 30 segundos Deste graacutefico eacute possiacutevel retirar informaccedilatildeo referente agrave deriva do potencial e ao
tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema Assim recorrendo agrave sua visualizaccedilatildeo observa-se que a
estabilizaccedilatildeo eacute feita de forma semelhante para todas as soluccedilotildees Contudo a soluccedilatildeo 3 apresenta
menos variaccedilotildees ao longo do tempo valores mais proacuteximos de zero e maior reprodutibilidade entre
ensaios Finalmente o teste de controlo efetuado com os eleacutetrodos comerciais de AgAgCl no gel
aparentam ser ligeiramente menos estaacuteveis contudo os valores se encontram na mesma gama de
tensotildees
33
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Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Para concluir realizou-se uma anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias para isso recorreu-se ao
graacutefico da densidade espectral de tensatildeo (Figura 20) Nele observa-se que os resultados do ruiacutedo do
sinal aumentam com a diminuiccedilatildeo das frequecircncias numa proporccedilatildeo 119903119906iacute119889119900 ~ 1 119891119903119890119902119906ecirc119899119888119894119886frasl
confirmando os estudos feitos por E Huigen em 2002 [20] No entanto estes tendem a estabilizar a
partir dos 10 Hz em valores proacuteximos dos -238 dB Eacute de referir que a para frequecircncias elevadas o
sinal de ruiacutedo eacute determinado pelo ruiacutedo do amplificador e natildeo pelo ruiacutedo da interface metal-eletroacutelito
uma vez que este eacute significativamente menor do que o ruiacutedo do amplificador impedindo assim a sua
mediccedilatildeo mesmo com equipamentos de baixo ruiacutedo [20]
34
34
Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
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a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
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Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
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Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
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Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
39
39
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
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Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
41
41
Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
42
42
Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
43
43
Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
44
44
VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
45
45
Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
46
46
47
47
Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
48
48
49
49
Referecircncias
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51
51
Anexos
52
52
53
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54
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4
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61
vii
Iacutendice
Resumo i
Abstract iii
Agradecimentos v
Iacutendice vii
Lista de figuras ix
Lista de tabelas xiii
Abreviaturas e Siacutembolos xv
Capiacutetulo 1 Introduccedilatildeo 1
Capiacutetulo 2 Enquadramento teoacuterico 7 21 Sistema nervoso 7 211 Propagaccedilatildeo do sinal 8 22 Aquisiccedilatildeo do sinal 9 221 Eleacutetrodos 10 2211 Eleacutetrodos invasivos 11 2212 Eleacutetrodos natildeo invasivos 11 23 Interface do eleacutetrodo com a pele 12 231 Hidrataccedilatildeo da pele 13 2311 O gel para utilizaccedilatildeo com os eleacutetrodos 13 24 Teacutecnicas de revestimento da prata com cloreto de prata 14 25 Novo conceito de eleacutetrodo 15 26 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico 15 261 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio do tempo RMS e Deriva do potencial 18 262 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio das frequecircncias Densidade espectral 18 27 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo da impedacircncia 19
Capiacutetulo 3 Materiais e meacutetodos 23 31 Preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes 23 32 Produccedilatildeo dos novos eleacutetrodos 24 321 Produccedilatildeo da estrutura porosa de policarbonato 24 322 Preparaccedilatildeo dos eleacutetrodos de pratacloreto de prata 24 323 Montagem dos eleacutetrodos 25 33 Preparaccedilatildeo dos ensaios 25 34 Condiccedilotildees dos ensaios 25 341 Ensaios laquoIn vitroraquo 26 3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito 26 3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito 26
viii
342 Ensaios laquoIn vivoraquo 27 3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele 27 3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele 28 3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos 28 35 Implementaccedilatildeo em Matlab 29
Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos 31 41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo 31 411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos eleacutetrodos 31 412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na resposta ao
sistema 34 42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo 37
Capiacutetulo 5 Conclusotildees 47
Referecircncias 49
Anexos 51
ix
Lista de figuras
Figura 1 Eleacutetrodo de superfiacutecie comercial (Eleacutetrodo de controlo) 4
Figura 2 Corte transversal do bioeleacutetrodo de superfiacutecie em estudo com reservatoacuterio para a soluccedilatildeo hidratante 4
Figura 3 Representaccedilatildeo do fluxo ioacutenico durante o potencial de accedilatildeo (Adaptado de [16]) 8
Figura 4 Diagrama de blocos representativo de um sistema para aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos 9
Figura 5 Sistema internacional 10-20 para a colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos em EEG (Adaptado de [17]) 10
Figura 6 Representaccedilatildeo das ondas eletroencefalograacuteficas registadas durante um exame de EEG [5] 10
Figura 7 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da interface com a pele e o seu modelo de circuito eletroacutenico equivalente Adaptado de [14] 12
Figura 8 Eleacutetrodo de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios A representa o fio de prata B a soluccedilatildeo condutora C a esponja do reservatoacuterio e D material de policarbonato de natureza porosa onde se estabelece o contacto com a pele 15
Figura 9 Funccedilatildeo de um filtro passa-baixos 119860119895119891 16
Figura 10 Circuito representativo dos componentes do ruiacutedo do amplificador na entrada segundo o modelo Vn-In 17
Figura 11 Esquema representativo do ensaio potenciostaacutetico para mediccedilatildeo da impedacircncia 21
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato 24
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios 25
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo 27
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo
eletroquiacutemico 27
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia 28
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos 29
x
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os
correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 32
Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 33
Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 34
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 35
Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz
respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 36
Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 37
Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 38
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 39
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 40
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para
os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas 40
Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 42
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 42
Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos 43
xi
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso
com os olhos fechados 43
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 44
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 44
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos 45
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados 45
xiii
Lista de tabelas
Tabela 1 Classificaccedilatildeo convencional dos sinais de EEG tendo em conta a gama de frequecircncias em que se encontram com indicaccedilatildeo das situaccedilotildees tiacutepicas de ocorrecircncia [6] 2
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas 23
xv
Abreviaturas e Siacutembolos
Acroacutenimos
EEG Eletroencefalograma
NMF Natural moisturizer factor
PC Policarbonato
PCA Aacutecido carboxiacutelico da pirrolidona
PVC Policloreto de polivinilo
RMS Root mean square (Erro quadraacutetico meacutedio)
SNR ou SN Signal-to-noise ratio (Relaccedilatildeo sinal-ruiacutedo)
EIS Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica
ICM Interface ceacuterebro-maacutequina
Lista de siacutembolos
Ohm
1
Capiacutetulo 1 Introduccedilatildeo
Introduccedilatildeo
O eletroencefalograma (EEG) eacute o registo graacutefico dos potenciais eleacutetricos desenvolvidos no ceacuterebro
que eacute utilizado para o seu estudo Isto eacute feito atraveacutes de eleacutetrodos aplicados no couro cabeludo
diretamente na superfiacutecie encefaacutelica ou ateacute mesmo dentro da substacircncia encefaacutelica [1] O
procedimento foi descrito pela primeira vez pelo fisiologista alematildeo Emil du Bois-Reymond que
descobriu que a propagaccedilatildeo do estiacutemulo nervoso nos neuroacutenios resultava no surgimento de uma
corrente eleacutetrica Contudo soacute comeccedilou a ser usado em 1929 apoacutes Hans Berger (psiquiatra alematildeo)
ter conseguido obter a primeira imagem graacutefica das diferenccedilas de potencial presentes no ceacuterebro
[1][2] A combinaccedilatildeo dos diferentes sinais eacute captada pelos eleacutetrodos sob a forma de uma diferenccedila
de potencial entre cada par de eleacutetrodos (configuraccedilatildeo bipolar) ou entre cada eleacutetrodo e uma
referecircncia (configuraccedilatildeo monopolar) O princiacutepio baacutesico de obtenccedilatildeo dos traccedilados
eletroencefalograacuteficos (EEG) eacute a amplificaccedilatildeo dos sinais eleacutetricos atraveacutes da utilizaccedilatildeo de
amplificadores operacionais de instrumentaccedilatildeo [1][3][4] Estes dispositivos satildeo capazes de amplificar
pequenas diferenccedilas de potencial entre dois pontos do couro cabeludo gerando de seguida na forma
claacutessica por meio de um dispositivo chamado galvanoacutemetro de fio com registador e na forma atual
por meio de digitalizaccedilatildeo e impressatildeo um traccedilado graacutefico com diferentes formas de onda que podem
ser interpretados por especialistas na aacuterea [1][3]
Natildeo se sabe ainda interpretar completamente o significado das ondas do eletroencefalograma
mas sabe-se que estas satildeo geradas pela atividade sinaacuteptica dos neuroacutenios do coacutertex cerebral e pelas
informaccedilotildees neuro-eleacutetricas provenientes dos sistemas sensoriais Os traccedilados resultantes deste
exame quando o individuo se encontra acordado satildeo essencialmente dessincronizados isto eacute
compostos por ondas de tensotildees reduzidas e frequecircncias relativamente altas (ritmos alfa e beta)
Contudo quando o individuo se encontra a dormir e uma vez que nessa situaccedilatildeo o taacutelamo natildeo deixa
passar tatildeo facilmente a informaccedilatildeo que recebe os traccedilados dos potenciais sinaacutepticos do coacutertex
tornam-se menores menos variados e mais sincronizados [5] As ondas deste tipo podem ser descritas
atraveacutes da sua gama de frequecircncias ou de comprimentos de onda e periacuteodos associados e das
amplitudes sendo estas natildeo superiores aos 150 μV e a gama de frequecircncias encontrando-se entre os
05 e 60 Hz num EEG normal sendo portanto estes paracircmetros de grande importacircncia e a ter em
conta na anaacutelise destas ondas [6] Por convenccedilatildeo os sinais satildeo classificados em quatro bandas de
frequecircncia conforme ilustrado na Tabela 1
2
2
Tabela 1 Classificaccedilatildeo convencional dos sinais de EEG tendo em conta a gama de frequecircncias em
que se encontram com indicaccedilatildeo das situaccedilotildees tiacutepicas de ocorrecircncia [6]
ONDA FREQUEcircNCIA OCORREM DURANTE
Delta lt35 Hz Momentos do sono profundo
Theta 4-7 Hz Meditaccedilatildeo e relaxamento profundo
Alfa 8-13 Hz Estados mentais relaxados e no
sono
Beta gt13 Hz Estado normal de vigila
As designadas mediccedilotildees eletroencefalograacuteficas tecircm sido amplamente desenvolvidas e exploradas
por vaacuterios motivos que incluem a sua elevada resoluccedilatildeo temporal (na ordem dos milissegundos) e a
sua sensibilidade tanto agrave duraccedilatildeo como agrave intensidade da atividade neural resultado da sincronizaccedilatildeo
da atividade dos neuroacutenios Eacute tambeacutem uma teacutecnica muito atrativa uma vez que representa um
baixiacutessimo risco para os pacientes por ser um meacutetodo geralmente natildeo invasivo A teacutecnica EEG tem a
grande vantagem de possuir uma excelente resoluccedilatildeo temporal dos sinais Contudo sua principal
limitaccedilatildeo passa pela resoluccedilatildeo espacial uma vez que a propagaccedilatildeo da atividade eleacutetrica ao longo das
vias fisioloacutegicas e do cracircnio pode dar uma impressatildeo errada da localizaccedilatildeo da fonte da atividade
eleacutetrica resultando numa insuficiecircncia de detalhes espaciais para identificar as estruturas e funccedilotildees
relacionadas com a atividade eleacutetrica Todavia embora o sinal eleacutetrico tenha de ser transmitido
atraveacutes dos tecidos e isto provoca uma reduccedilatildeo da intensidade do sinal e pequenas distorccedilotildees assume-
se que esta atividade eacute a mesma tanto na superfiacutecie do coacutertex (local onde as ondas emergem) como
no escalpe (local onde as ondas satildeo coletadas) [5][7]
Na literatura aparecem relatos do uso de vaacuterios tipos de EEG para avaliar grupos de pacientes com
diferentes doenccedilas tais como tumores enxaquecas depressotildees e esquizofrenia no entanto na
clinica o EEG eacute sobretudo utilizado para diagnosticar doenccedilas vasculares cerebrais demecircncias e
encefalopatias [7][8][9] Todavia as aplicaccedilotildees hoje em dia para este tipo de sinais e seus sistemas
de eleacutetrodos satildeo inuacutemeras podendo-se destacar as interfaces ceacuterebro-maacutequina como uma das
principais Este tipo de interfaces procura atraveacutes das ondas produzidas no foro cerebral controlar
equipamentos sejam estes cliacutenicos ou natildeo Eacute possiacutevel detetar padrotildees de ativaccedilatildeo gerados pelo
ceacuterebro atraveacutes da colocaccedilatildeo de eleacutetrodos e anaacutelise dos sinais eletroencefalograacuteficos recolhidos tanto
no exterior como no interior da superfiacutecie encefaacutelica Os sinais captados indicam a atividade cerebral
do utilizador que apoacutes deteccedilatildeo e classificaccedilatildeo satildeo traduzidos para uma saiacuteda como por exemplo
o movimento de um cursor de um computador associado ao rato ou de qualquer dispositivo artificial
externo Os sinais de EEG natildeo-invasivos satildeo utilizados em aplicaccedilotildees de Interface ceacuterebro maacutequina
(ICM1) pois estes oferecem um niacutevel de qualidade de sinal aceitaacutevel que combina custos reduzidos e
facilidade de utilizaccedilatildeo[10]
Com o surgimento de outros meacutetodos de diagnoacutestico a utilizaccedilatildeo da eletroencefalografia entrou
em decaimento no entanto a associaccedilatildeo desta teacutecnica com o domiacutenio informaacutetico os seus baixos
1 ldquoA Interface ceacuterebro-maacutequina eacute um sistema que permite a interaccedilatildeo entre o utilizador e o meio que o cerca utilizando sinais de controlo gerados por meio da atividade cerebral O aprimoramento das pesquisas em ICM estaacute relacionado principalmente com os avanccedilos da neurofisiologia e computaccedilatildeo As pesquisas iniciais
dedicaram-se ao desenvolvimento de dispositivos de comunicaccedilatildeo de pessoas que perderam o controlo muscular voluntaacuterio (hellip)rdquo Mussatto Greice em [10] Atualmente satildeo frequentemente direcionados para auxiliar aumentar ou reparar a cogniccedilatildeo humana ou as funccedilotildees sensoriais e motoras
3
3
custos (quando comparados com as outras teacutecnicas) a facilidade na realizaccedilatildeo dos exames o pequeno
espaccedilo ocupado pelos equipamentos e a sua natureza inoacutecua vieram a dar-lhe um novo impulso
conquistando um lugar proeminente no diagnoacutestico de vaacuterias patologias cerebrais [11][12] Isso tornou
possiacutevel inclusive o mapeamento cerebral em escala de cores (a gradaccedilatildeo das cores relaciona-se
com a amplitude dos potenciais) muito popular atualmente As teacutecnicas para a obtenccedilatildeo e registo
foram por isso aprimoradas nos uacuteltimos anos evoluindo do registo em papel com um nuacutemero reduzido
de canais ao registo contiacutenuo em equipamentos de ateacute 256 canais acoplado ao registo de viacutedeo digital
atraveacutes de equipamentos dotados com sistemas wireless peccedilas de hardwares e softwares sofisticadas
para armazenamento de dados e complementar a anaacutelise visual atraveacutes da anaacutelise computacional
Contudo embora os avanccedilos informaacuteticos tenham sido importantes para o desenvolvimento desta
teacutecnica a questatildeo do eleacutetrodo a utilizar nas mediccedilotildees eacute essencial uma vez que os bioeleacutetrodos de
superfiacutecie satildeo responsaacuteveis pela captaccedilatildeo dos sinais na interface entre a pele e o equipamento de
aquisiccedilatildeo e registo sendo tambeacutem considerados o elo mais fraco na cadeia de aquisiccedilatildeo de sinal
(constituindo a maior fonte de ruiacutedo e de instabilidade) [12]
Existe uma vasta gama de eleacutetrodos disponiacuteveis incluindo eleacutetrodos de superfiacutecie descartaacuteveis ou
reutilizaacuteveis e eleacutetrodos profundos[13] Dentro dos eleacutetrodos profundos (intracranianos) mais
utilizados encontram-se os eleacutetrodos intracerebrais e os subdurais Eacute importante referir a existecircncia
destes eleacutetrodos contudo os eleacutetrodos abordados neste relatoacuterio satildeo os eleacutetrodos de superfiacutecie ou
seja aqueles que satildeo colocados sobre o escalpe Existem vaacuterias alternativas para a sua classificaccedilatildeo
todavia aqui seratildeo abordadas aquelas que se relacionam com a presenccedila ou ausecircncia de produtos
hidratantes utilizando o termo ldquoeleacutetrodos huacutemidosrdquo para aqueles que necessitam de uma soluccedilatildeo
hidratantegel e ldquoeleacutetrodos secosrdquo para aqueles que natildeo a exigem
Os principais tipos de eleacutetrodos utilizados na cliacutenica atualmente para a recolha de sinais
eletroencefalograacuteficos satildeo os eleacutetrodos de prata ouro e estanho Um eleacutetrodo do tipo Prata-Cloreto
de Prata (AgAgCl) (Figura 1) eacute um tipo de eleacutetrodo considerado como tendo caracteriacutesticas desejaacuteveis
de qualidade e estabilidade que o tornam em geral um eleacutetrodo de referecircncia no estado da arte
sendo vulgarmente utilizado em mediccedilotildees eletroquiacutemicas [14] Os fenoacutemenos que ocorrem quando
um eleacutetrodo metaacutelico entra em contacto com um eletroacutelito estatildeo na base da captaccedilatildeo dos sinais que
se pretende realizar Ocorre uma troca ioacutenica como resultado de uma reaccedilatildeo eletroquiacutemica associada
ao contacto Existindo uma tendecircncia para que os aacutetomos do metal percam eletrotildees e estes passem
para o eletroacutelito (oxidaccedilatildeo) fazendo assim com que o eleacutetrodo fique carregado negativamente no
que diz respeito ao eletroacutelito Contudo natildeo se trata de um processo estaacutetico e por conseguinte ocorre
igualmente a reaccedilatildeo contraacuteria ateacute se estabelecer o equiliacutebrio (reduccedilatildeo) [14] Este processo eacute descrito
pela Equaccedilatildeo de Nernst atraveacutes da qual eacute possiacutevel obter a constante de equiliacutebrio de uma
determinada reaccedilatildeo que envolva transferecircncia de eletrotildees Deste modo para uma reaccedilatildeo de
oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo (redox) temos
minus119899 119865119864 = minus119899 1198651198640 + 119877119879 119897119899 119876 hArr 119864 = 1198640 minus119877119879
119899119865119897119899 119876
( 1 )
Verifica-se que no ponto de equiliacutebrio o valor de Q pode ser descrito como K (contante de
equiliacutebrio da reaccedilatildeo) e considerando a constante universal dos gases perfeitos (R = 831 J K-1 mol-1 )
a carga eleacutetrica de uma mole de eletrotildees (F = 96485 Cmiddotmol-1) e que o ensaio decorre agrave temperatura
ambiente (T = 2982 K (25 degC)) obteacutem-se
E=E0-00257
nlnQ hArr 0=E0-
00257
nlnK hArr E0=
00257
nlnK hArr lnK=
n ∙ E0
00257
( 2 )
4
4
Onde Eordm se obteacutem a partir dos potenciais normais dos eleacutetrodos n eacute o nuacutemero de moles de eletrotildees
transferidos e Q eacute o quociente entre os produtos das atividades de produtos e reagentes na reaccedilatildeo
No caso da pele humana existem pequenas quantidades de NaCl (01-04) desta forma o aniatildeo
cloreto presente iraacute reagir com a prata do eleacutetrodo dando origem a uma diferenccedila de potencial
relacionado com a concentraccedilatildeo de cloreto [3] Portanto as trocas ioacutenicas que ocorrem na pele na
presenccedila deste eleacutetrodo satildeo representadas na ( 3
119860119892 + 119862119897minus 119860119892119862119897 + 119890minus ( 3 )
Este tipo de eleacutetrodos satildeo os mais utilizados hoje em dia na clinica
e satildeo fabricados como o nome o indica em prata agrave qual eacute aplicado um
revestimento de cloreto de prata Trata-se de um metal bem tolerado
pelo organismo humano que permite a obtenccedilatildeo de bons resultados
uma vez que aleacutem disso estes apresentam niacuteveis de ruido reduzidos e
natildeo satildeo facilmente polarizaacuteveis [3] no entanto a sua utilizaccedilatildeo exige
uma preparaccedilatildeo preacutevia da pele e a aplicaccedilatildeo de uma pasta condutora
(gel) que por vezes eacute desconfortaacutevel para o paciente sendo suscetiacutevel
de causar alergias e tornando o processo mais demorado uma vez que
a preparaccedilatildeolimpeza dos eleacutetrodos requer alguns cuidados e deve ser executada por um teacutecnico
Surgiu entatildeo a motivaccedilatildeo para criar novos eleacutetrodos secos que ultrapassassem estas dificuldades
dispensando a utilizaccedilatildeo do gel e a preparaccedilatildeo da pele todavia uma vez que o contacto liacutequido estaacute
ausente a impedacircncia interfacial eacute consideravelmente mais elevada (1 M contra 10-20 k)
refletindo-se numa maior sensibilidade ao movimento e de maneira geral na presenccedila de um maior
niacutevel de ruiacutedo o que exige preacute-amplificaccedilatildeo integrada Os custos associados agrave produccedilatildeo deste tipo de
eleacutetrodo satildeo tambeacutem mais elevados do que no caso dos eleacutetrodos convencionais
De modo a resolver estes problemas foi desenvolvido um novo
tipo de bioeleacutetrodo (Figura 2) [15] o qual tem a capacidade de
manter huacutemido o ponto de contacto com a pele evitando contudo
a utilizaccedilatildeo de pastas condutoras Este efeito foi conseguido usando
o princiacutepio da caneta de feltro o contacto com o escalpe eacute efetuado
a partir de vaacuterios pinos fabricados a partir de um poliacutemero poroso
acoplado a um pequeno reservatoacuterio com uma soluccedilatildeo hidratante os
pinos forneceratildeo entatildeo de forma controlada pelos efeitos
combinados da capilaridade e gravidade a soluccedilatildeo hidratante ao
ponto de contacto com o escalpe A sua forma oferece tambeacutem
muacuteltiplos pontos de contacto de modo a minimizar o ruiacutedo e obter
melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
O desenvolvimento destes eleacutetrodos compreenderaacute varias fases a primeira fase a implementar
seraacute a fabricaccedilatildeo da superfiacutecie porosa atraveacutes da compressatildeo de poacutes de policarbonato (PC) de seguida
seraacute feita a montagem dos diferentes componentes do eleacutetrodo nomeadamente a esponja o frio de
prata e o tubo de policloreto de polivinilo (PVC) que funcionaraacute como reservatoacuterio Finalmente seratildeo
preparadas e testadas vaacuterias soluccedilotildees com os mesmos componentes em diferentes concentraccedilotildees de
modo a concluir qual soluccedilatildeo fornece uma melhor hidrataccedilatildeo da pele otimizando assim os resultados
Figura 1 Eleacutetrodo de superfiacutecie comercial (Eleacutetrodo de controlo)
Figura 2 Corte transversal do bioeleacutetrodo de superfiacutecie em estudo com reservatoacuterio
para a soluccedilatildeo hidratante
5
5
6
6
7
7
Capiacutetulo 2 Enquadramento teoacuterico
Enquadramento teoacuterico
A EEG eacute um registo associado a uma teacutecnica cliacutenica que se baseia na aquisiccedilatildeo dos sinais produzidos
no coacutertex cerebral A obtenccedilatildeo dos mesmos eacute possiacutevel uma vez que aiacute existem ceacutelulas excitaacuteveis
capazes de conduzir os impulsos nervosos os neuroacutenios Estes impulsos geram correntes eleacutetricas
atraveacutes do corpo da ceacutelula ateacute uma zona chamada zona de disparo Neste local as correntes dirigem-
se ao espaccedilo extracelular provocando uma diferenccedila de potencial que desencadearaacute um novo estiacutemulo
na proacutexima ceacutelula e que contribuiraacute para a produccedilatildeo dos referidos sinais
21 Sistema nervoso
O sistema nervoso eacute responsaacutevel pela maioria das funccedilotildees de controlo no organismo coordenando
e regulando as atividades corporais Isto eacute feito atraveacutes da interpretaccedilatildeo e resposta a estiacutemulos Este
sistema eacute convencionalmente dividido em duas categorias o sistema nervoso central (SNC) que se
verifica tratar do desenvolvimento das respostas aos estiacutemulos e o sistema nervoso perifeacuterico (SNP)
o responsaacutevel pela conduccedilatildeo do estiacutemulo nervoso No caso do SNC podem distinguir-se vaacuterios oacutergatildeos
o enceacutefalo (constituiacutedo pelo ceacuterebro cerebelo e tronco encefaacutelico) e a espinal medula Jaacute no caso do
SNP esta divisatildeo eacute feita atraveacutes da distinccedilatildeo entre nervos cranianos ou espinhais [16] Os nervos satildeo
essencialmente um conjunto de axoacutenios e dendrites de vaacuterios neuroacutenios
Os neurocircnios que datildeo origem aos nervos satildeo ceacutelulas com capacidade excitatoacuteria capazes de
transmitir sinais nervosos Contudo as ceacutelulas da glia tambeacutem presentes no sistema nervoso
sobretudo nos nervos satildeo as principais responsaacuteveis pela propagaccedilatildeo orientada do estiacutemulo uma vez
que ao recobrirem o axoacutenio criam circuitos neuronais independentes [16]
Os axoacutenios transmitem pulsos eleacutetricos devido agrave presenccedila de canais ioacutenicos que abrem e fecham
de modo a controlar as concentraccedilotildees dos diferentes iotildees nos meios interno e externo da ceacutelula
8
8
211 Propagaccedilatildeo do sinal
Um impulso nervoso origina a transmissatildeo de um sinal codificado ao longo da membrana do
neuroacutenio Para compreender esta transmissatildeo dentro do proacuteprio neuroacutenio eacute necessaacuterio conhecer o
conceito de potenciais de repouso e de accedilatildeo
N as fases em que se verifica existir potenciais de repouso os iotildees de soacutedio entram para a ceacutelula
atraveacutes de transporte passivo uma vez que a concentraccedilatildeo destes eacute menor no interior da ceacutelula (a
favor do gradiente de concentraccedilatildeo) Posteriormente daacute-se a sua expulsatildeo de forma ativa ao mesmo
tempo que entram iotildees de potaacutessio ativamente Finalmente os iotildees de potaacutessio voltam passivamente
ao exterior da membrana outorgando agrave ceacutelula uma carga positiva Diz-se entatildeo que esta se encontra
polarizada Nas ceacutelulas nervosas o potencial de membrana ronda os -90mV [6]
Os potenciais de accedilatildeo satildeo os responsaacuteveis pela propagaccedilatildeo do estiacutemulo nervoso contudo a sua
duraccedilatildeo natildeo ultrapassa alguns milissegundos (ver a Figura 3) Esta propagaccedilatildeo ocorre quando o
potencial de membrana que se encontra nos -90mV passa a ocupar valores de -50 a -70mV devido a
uma perturbaccedilatildeo externa de modo a responder a esta situaccedilatildeo ocorre a passagem por difusatildeo dos
iotildees de soacutedio para o interior da ceacutelula resultando na alteraccedilatildeo dos potenciais ateacute entatildeo negativos
para valores que podem chegar a +35mV De seguida a ceacutelula expulsa ativamente o soacutedio alterando
assim o potencial para aproximadamente -95mV Daacute-se entatildeo a repolarizaccedilatildeo atraveacutes da bomba de
Na+K+ ou seja a ceacutelula volta agraves condiccedilotildees iniciais [6]
Apoacutes um sinal ser transportando atraveacutes de um neuroacutenio eacute necessaacuterio que este seja comunicado
ao neuroacutenio seguinte de modo a manter a transmissatildeo do impulso Esta transferecircncia daacute-se em locais
especiacuteficos e pode ser feita eletricamente (atraveacutes de iotildees) ou quimicamente (atraveacutes de uma fenda
sinaacuteptica onde um neurotransmissor eacute libertado e se liga a recetores especiacuteficos do neuroacutenio poacutes-
sinaacuteptico) [6][16]
Figura 3 Representaccedilatildeo do fluxo ioacutenico durante o potencial de accedilatildeo (Adaptado de [16])
9
9
22 Aquisiccedilatildeo do sinal
Eacute impossiacutevel medir a atividade eleacutetrica gerada por um uacutenico neuroacutenio contudo a aquisiccedilatildeo do
sinal electroencefalograacutefico soacute eacute possiacutevel graccedilas agrave emissatildeo parcialmente sincronizada do impulso
nervoso numa parte significativa do coacutertex cerebral Deste modo o EEG reflete o somatoacuterio da
atividade siacutencrona de milhares de neuroacutenios com uma orientaccedilatildeo espacial semelhante assessorando
assim a aquisiccedilatildeo de um sinal reprodutiacutevel e mensuraacutevel que possibilita uma interpretaccedilatildeo fidedigna
[16]
Esta teacutecnica permite o registo da atividade eleacutetrica do ceacuterebro Eacute um procedimento raacutepido
simples e indolor no qual os impulsos eleacutetricos do ceacuterebro satildeo amplificados e registrados em papel
atraveacutes de um galvanoacutemetro ou em formato digital O seu interesse prende-se natildeo soacute com os baixos
custos da teacutecnica como tambeacutem com a obtenccedilatildeo em tempo real destes sinais de modo a conseguir
diagnosticar eventuais anomalias
A EEG quando comparada com outras teacutecnicas como por exemplo o eletrocardiograma (ECG)
apresenta uma maior dificuldade na obtenccedilatildeo dos dados uma vez que a tensatildeo a captar eacute de muito
menor amplitude os sinais por vezes encontram-se na regiatildeo do ruiacutedo eleacutetrico e aleacutem disso os
amplificadores comuns natildeo fornecem uma banda de funcionamento que consiga amplificar o sinal de
forma eficaz o que exige a utilizaccedilatildeo de amplificadores especialmente desenhados [6] Contudo
estas limitaccedilotildees natildeo impediram o avanccedilo desta tecnologia Ao longo do tempo as teacutecnicas de obtenccedilatildeo
dos dados foram-se aprimorando tendo chegado na fase de maturidade agrave arquitetura ilustrada na
Figura 4 em que a saiacuteda eacute representada em papel desenhada por canetas conduzidas por mecanismos
controlados por galvanoacutemetros Hoje em dia os sistemas evoluiacuteram sobretudo na parte final atraveacutes
da digitalizaccedilatildeo dos sinais filtrados e seu armazenamento num dispositivo digital Desta forma torna-
se muito mais flexiacutevel a fase de visualizaccedilatildeo dos sinais que eacute feita em monitores graacuteficos de
computador bem como a fase de armazenamento e arquivo e criaccedilatildeo de fichas de exame A
digitalizaccedilatildeo permite o processamento digital dos sinais a fim principalmente de os caracterizar do
ponto de vista morfoloacutegico e assim contribuir para a classificaccedilatildeo do ponto de vista cliacutenico
Figura 4 Diagrama de blocos representativo de um sistema para aquisiccedilatildeo de sinais
eletroencefalograacuteficos
A EEG eacute realizada atraveacutes da colocaccedilatildeo de eleacutetrodos no couro cabeludo obedecendo o
posicionamento dos mesmos a regras especiacuteficas pois a sua localizaccedilatildeo influencia os sinais captados
10
10
De modo a facilitar a comparaccedilatildeo dos resultados eacute habitualmente utilizado um sistema se
colocaccedilatildeo padratildeo chamado 10-20 (Figura 5) Segundo este padratildeo os locais onde os eleacutetrodos satildeo
colocados satildeo denominados por letras de acordo com as aacutereas cerebrais adjacentes seguidas de um
nuacutemero impar se o eleacutetrodo se encontrar no lado esquerdo da cabeccedila ou par se for no lado direito
[6]
Apoacutes a obtenccedilatildeo do sinal contiacutenuo de EEG eacute
possiacutevel distinguir vaacuterios tipos de ondas de acordo
com a sua amplitude e frequecircncia A amplitude das
ondas pode ir ateacute aos 200 μV e a frequecircncia ateacute 30Hz
A Figura 6 representa os diferentes tipos de ondas
As ondas delta satildeo ondas da mais baixa frequecircncia
e amplitudes elevadas que ocorrem em momentos do
sono profundo por outro lado as ondas teta
encontram-se na gama de frequecircncias de 4-7 Hz
contudo
continuam a apresentar grandes amplitudes e ocorrem
em estaacutegios de meditaccedilatildeo e relaxamento profundo as
ondas alfa apresentam por sua vez amplitudes meacutedias
e frequecircncias compreendidas entre os 8 e os 13 Hz
correspondendo a estados mentais relaxados no sono
Finalmente as ondas beta satildeo as de mais elevada
frequecircncia (gt13 Hz) com amplitudes de cerca de 10 μV
e ocorrem quando existe um estimulo visual ou no estado
normal de vigiacutelia [6]
221 Eleacutetrodos
Os eleacutetrodos constituem a interface entre o escalpe e o equipamento de mediccedilatildeo No caso de um
eleacutetrodo huacutemido quando a parte metaacutelica entra em contacto com o eletroacutelito tem lugar um processo
de oxidaccedilatildeoreduccedilatildeo de iotildeesaacutetomos que daacute lugar ao aparecimento de um potencial caracteriacutestico
As propriedades fiacutesico-quiacutemicas tanto do eleacutetrodo como do eletroacutelito afetam o valor do potencial
Quando eleacutetrodos idecircnticos satildeo submersos num eletroacutelito homogeacuteneo ambos assumem o mesmo
potencial com respeito ao eletroacutelito Contudo eleacutetrodos diferentes colocados nas mesmas condiccedilotildees
apresentam potenciais diferentes [6] Deste modo eacute sensato concluir que a amplitude do potencial
depende do material de que o eleacutetrodo eacute feito Por esse motivo os eleacutetrodos utilizados na cliacutenica satildeo
comumente produzidos com prata e cloreto de prata uma vez apresentam uma resistecircncia agrave passagem
Figura 5 Sistema internacional 10-20 para
a colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos em EEG
(Adaptado de [17])
Figura 6 Representaccedilatildeo das ondas eletroencefalograacuteficas registadas durante um
exame de EEG [5]
11
11
de corrente natildeo elevada e os seus niacuteveis de impedacircncia satildeo estaacuteveis ao longo de uma ampla gama de
frequecircncias
Contudo o material natildeo eacute o uacutenico paracircmetro que varia para escolher um eleacutetrodo Dependendo
das necessidades existem tambeacutem variedades morfoloacutegicas como os eleacutetrodos invasivos e os natildeo-
invasivos
2211 Eleacutetrodos invasivos
Dentro dos eleacutetrodos invasivos (intracranianos) os mais utilizados satildeo os eleacutetrodos profundos
intracerebrais e os subdurais [13] Os primeiros consistem em eleacutetrodos em forma de agulha feitos
de material flexiacutevel com muacuteltiplos pontos de contacto para registo Satildeo ideais para o registo de
atividade em aacutereas distantes da superfiacutecie Proporcionam ainda um registo preciso da regiatildeo
volumeacutetrica adjacente a cada ponto de registo no entanto a extensatildeo da dita aacuterea eacute limitada [18]
Portanto o uso deste tipo de eleacutetrodos eacute ideal apoacutes os resultados dos exames natildeo-invasivos sugerirem
um ldquoalvordquo provaacutevel Os eleacutetrodos subdurais que podem ser do tipo placa ou tira de silicone com
muacuteltiplos contatos de registo satildeo ideais para o registo de aacutereas extensas do coacutertex [14] Contudo os
eleacutetrodos subdurais podem natildeo registar adequadamente alteraccedilotildees localizadas em profundidade
Este tipo de eleacutetrodos deve apresentar dimensotildees reduzidas de modo a que o dano provocado no
tecido cerebral seja miacutenimo Devem tambeacutem apresentar locais de aplicaccedilatildeo suficientes para recolher
potenciais de muitos neuroacutenios simultaneamente No entanto devido agrave sua natureza altamente
invasiva soacute satildeo usados em casos especiais em que o seu uso pode trazer grandes benefiacutecios para o
paciente
2212 Eleacutetrodos natildeo invasivos
O foco deste estudo centra-se nos eleacutetrodos natildeo invasivos eleacutetrodos colocados na superfiacutecie do
escalpe O contacto entre o eleacutetrodo e a pele eacute facilitado (impedacircncia reduzida) pela utilizaccedilatildeo de
gel e se for esse o caso estaacute-se perante o caso dos eleacutetrodos huacutemidos Contudo a aplicaccedilatildeo deste
gel requer uma preparaccedilatildeo preacutevia da pele que por vezes pode ser demorada suscetiacutevel de
desencadear reaccedilotildees aleacutergicas e desconfortaacutevel para o paciente [3] Surgiu entatildeo a alternativa dos
eleacutetrodos secos eleacutetrodos capazes de aquirir sinais que dispensam a utilizaccedilatildeo de soluccedilotildees todavia
como resultado da ausecircncia do gel ou pasta condutora a impedacircncia interfacial eacute muito mais elevada
tornando indispensaacutevel a integraccedilatildeo de um andar de preacute-amplificaccedilatildeo no eleacutetrodo
Procurando contornar as dificuldades de cada teacutecnica optou-se pelo desenvolvimento de um
bioeleacutetrodo inovador que dispensa a utilizaccedilatildeo de gel mas que apesar disso manteacutem um bom contacto
com a pele humidificando-a
Entre os materiais disponiacuteveis para a fabricaccedilatildeo de eleacutetrodos encontram-se o accedilo inoxidaacutevel o
ouro (Au) o oacutexido de iriacutedio (IrO2)) a prata (Ag) etc [14] tendo-se optado por utilizar um fio de
prata revestido com uma fina camada de cloreto de prata uma vez que os eleacutetrodos fabricados com
12
12
este material apresentam niacuteveis de ruiacutedo reduzidos grande estabilidade do potencial eleacutetrico na gama
de frequecircncias utilizada e uma impedacircncia interfacial baixa [14][19]
23 Interface do eleacutetrodo com a pele
A pele eacute um oacutergatildeo que cobre e protege o corpo e que se observa estar organizado em muacuteltiplas
camadas Eacute composta de trecircs camadas principais a epiderme a derme e a hipoderme cada uma
delas com carateriacutesticas estruturais especiacuteficas que levam a diferentes niacuteveis de condutividade
eleacutetrica e que podem ser representados atraveacutes de modelos baseados em componentes eleacutetricos
baacutesicos [14] Podemos entatildeo do ponto de vista eleacutetrico simular os tecidos bioloacutegicos a partir de um
circuito eleacutetrico formado por resistecircncias e condensadores dispostos em redes com seacuteries e paralelos
agindo estes como condutores ou dieleacutetricos nos quais o fluxo de corrente seguiraacute o caminho de
menor oposiccedilatildeo (Figura 7) Um exemplo ilustrativo desta situaccedilatildeo estaacute representado para o stratum
corneum a camada mais perifeacuterica da epiderme como este tecido eacute relativamente pouco condutor
apresenta uma elevada impedacircncia agrave transmissatildeo das correntes eleacutetricas [20] Assim devido agraves suas
propriedades dieleacutetricas a sua pequena espessura e o seu posicionamento entre o eleacutetrodo condutor
exterior e os tecidos subjacentes mais condutores eacute possiacutevel a sua representaccedilatildeo por meio de um
condensador de placas paralelas
Figura 7 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da interface com a pele e
o seu modelo de circuito eletroacutenico equivalente Adaptado de [14]
O valor da capacidade eleacutetrica da pele estaacute relacionado com a espessura e composiccedilatildeo da camada
coacuternea e tem um valor tiacutepico no intervalo 002-006 microFcm2 [14]
Por outro lado uma vez que alguns iotildees conseguem atravessar o stratum corneum atraveacutes dos
elementos da pele (foliacuteculos do cabelo suor canais das glacircndulas sebaacuteceas imperfeiccedilotildees da pele)
isso pode ser representado coletivamente por uma resistecircncia que seraacute colocada em paralelo com o
condensador Como as camadas subjacentes agrave epiderme satildeo relativamente condutoras representam-
se por uma resistecircncia em seacuterie adicional A presenccedila de uma elevada densidade de foliacuteculos pilosos
(que atuam como derivaccedilotildees de baixa resistecircncia) daacute origem a um valor muito baixo na resistecircncia da
13
13
pele No entanto esta observaccedilatildeo eacute contrabalanccedilada pela dificuldade em fazer contato mecacircnico e
eleacutetrico firme Em tais casos a impedacircncia da pele eacute muito elevada e por vezes eacute necessaacuterio recorrer
agrave remoccedilatildeo dos pelos antes de realizar o exame [14]
231 Hidrataccedilatildeo da pele
O processo de hidrataccedilatildeo da pele humana acontece por duas vias a interna e a externa [21] No
caso da via interna isto acontece quando os queratinoacutecitos migram atraveacutes da derme e sofrem
alteraccedilotildees significativas uma vez que paralelamente a esse processo satildeo libertados liacutepidos e o fator
de hidrataccedilatildeo natural da pele (NMF - Natural moisturizer factor) No caso dos liacutepidos estes formam
uma barreira para a perda de aacutegua e ajudam a reter a hidrataccedilatildeo natural da pele Jaacute no caso da
hidrataccedilatildeo por via externa esta acontece quando introduzimos na pele substacircncias cosmeacuteticas e
farmacecircuticas com capacidades de humedecer as camadas externas da pele para isso na produccedilatildeo
destas substacircncias satildeo utilizadas principalmente trecircs tipos de ingredientes (1) os humectantes que
Incluem a glicerina a ureia e o aacutecido carboxiacutelico da pirrolidona (PCA) que atuam atraindo a aacutegua das
camadas inferiores da derme e ajudando a manter essa aacutegua no estrato coacuterneo (2) os agentes oclusivos
que aumentam os niacuteveis de humidade proporcionando uma barreira fiacutesica para a perda de aacutegua (ceras
oacuteleos e silicones) (3) os emolientes que procuram restaurar os NMF [21]
2311 O gel para utilizaccedilatildeo com os eleacutetrodos
O gel utilizado nos eleacutetrodos serve para (1) assegurar um bom contacto eleacutetrico com a pele do
paciente (2) facilitar a transferecircncia de carga na interface eleacutetrodo-eletroacutelito e assim (3) diminuir
a impedacircncia do estrato coacuterneo [14]
Existem dois tipos de gel o gel huacutemido normalmente denominados como pasta creme ou
substacircncia gelatinosa e o hidrogel Os primeiros satildeo geralmente compostos por aacutegua um agente
espessante bactericidasfungicidas sais ioacutenicos e um surfatante O sal ioacutenico tem como finalidade
conferir condutividade eleacutetrica ao gel e diminuir a impedacircncia eleacutetrica da pele atraveacutes da sua difusatildeo
na mesma Normalmente os sais utilizados satildeo o cloreto de soacutedio (NaCl) ou de potaacutessio (KCl) uma vez
que a maior parte dos iotildees presentes na superfiacutecie da pele humana satildeo o cloreto o soacutedio e o potaacutessio
permitindo assim que elevadas concentraccedilotildees destes sais sejam melhor toleradas pelo corpo
[14][18][22] Por outro lado o hidrogel eacute um gel soacutelido que incorpora hidrocoloacuteides naturais no
entanto a utilizaccedilatildeo destes agentes naturais por vezes provoca desempenhos variaacuteveis e cores pouco
atrativas levando assim agrave utilizaccedilatildeo de hidrocoloacuteides artificiais de modo a eliminar variabilidades
indesejadas
O hidrogel tecircm tendecircncia a causar menos irritaccedilotildees na pele quando comparado com o gel huacutemido
porque o hidrogel limita-se a garantir um bom contato eleacutetrico entre a pele e o eleacutetrodo sem afetar
as propriedades do stratum corneum [14]
14
14
O hidrogel eacute eletricamente mais resistivo do que o gel no entanto esta desvantagem eacute
compensada tanto pela utilizaccedilatildeo de maiores aacutereas com hidrogel como tambeacutem pela diminuiccedilatildeo da
espessura da camada do mesmo Contudo isto natildeo eacute suficiente uma vez que o hidrogel natildeo eacute tatildeo
eficaz na hidrataccedilatildeo da pele (tem tendecircncia a absorver humidade) dando assim como resultado um
aumento na impedacircncia da pele [14]
24 Teacutecnicas de revestimento da prata com cloreto de prata
Finas camadas de um determinado metal depositado sobre um substrato desemprenham
muitas vezes uma funccedilatildeo essencial em muitos dispositivos como por exemplo nos circuitos integrados
No caso dos eleacutetrodos eacute necessaacuterio revestir os fios de prata com finas camadas de cloreto de prata
com o intuito de auxiliar a concretizaccedilatildeo das trocas ioacutenicas referidas no capiacutetulo 1 equaccedilatildeo (1) de
modo a ter-se uma transduccedilatildeo do sinal ioacutenico num sinal eleacutetrico de forma eficaz e reversiacutevel Estas
camadas devem apresentar caracteriacutesticas rigorosamente controladas A espessura a estrutura
atoacutemica e a composiccedilatildeo quiacutemica devem ser uniformes [14][18] Eacute tambeacutem importante que exista
pouca ou nenhuma contaminaccedilatildeo por outras partiacuteculas
As propriedades dos filmes satildeo altamente dependentes dos processos de deposiccedilatildeo Estes
devem ter boa aderecircncia e prover uma boa cobertura Deste modo para a preparaccedilatildeo da prata para
eleacutetrodos a teacutecnica a utilizar deve ser a deposiccedilatildeo eletroquiacutemica atraveacutes de um processo que envolve
a deposiccedilatildeo de um material soacutelido por meio de uma reaccedilatildeo quiacutemica com ou sem recurso a energia
externa Neste caso os substratos de prata satildeo submersos numa soluccedilatildeo contendo um agente oxidante
(por exemplo cloreto feacuterrico) produzindo assim uma fina camada de cloreto de prata ( ( 4)
Ag + + FCl3 FeCl2 + Ag ( 4 )
Em geral a deposiccedilatildeo por electroless plating de um metal envolve a deposiccedilatildeo de um
revestimento metaacutelico a partir dos seus iotildees presentes num banho aquoso sobre uma superfiacutecie atraveacutes
de uma reaccedilatildeo de reduccedilatildeo quiacutemica controlada que eacute ativada pelo metal que estaacute a ser depositado
(reduzido) [23] Os revestimentos obtidos atraveacutes da implementaccedilatildeo desta teacutecnica satildeo geralmente
uniformes duros com elevadas resistecircncias agrave corrosatildeo e ao desgaste e apresentam baixo coeficiente
de fricccedilatildeo [24][25]
Existe contudo uma enorme variedade de meacutetodos eletroquiacutemicos que permitem a
oxidaccedilatildeodeposiccedilatildeo de finas camadas de cloreto de prata tais como a deposiccedilatildeo assistida por plasma
ou por feixes de iotildees o sputtering a deposiccedilatildeo quiacutemica e a deposiccedilatildeo fiacutesica em fase de vapor etc
[25] Todavia a execuccedilatildeo destes processos envolve a utilizaccedilatildeo de equipamentos altamente
especializados em ambiente de vaacutecuo vaacuterias soluccedilotildees e um campo eleacutetrico de modo a possibilitar a
transformaccedilatildeo de energia quiacutemica em energia eleacutetrica e vice-versa Finalmente um meacutetodo tambeacutem
bastante usado eacute a sinterizaccedilatildeo de poacute de cloreto de prata sobre o substrato metaacutelico dando origem
a um revestimento espesso e poroso
15
15
25 Novo conceito de eleacutetrodo
O desenvolvimento do novo tipo de bioeleacutetrodo busca
colmatar as lacunas presentes nos eleacutetrodos disponiacuteveis
comercialmente (dos tipos huacutemido e seco) Tentando manter as
melhores carateriacutesticas de cada tipo de eleacutetrodo Para isso eacute
necessaacuterio desenvolver o eleacutetrodo com materiais condutores que
possibilitem as trocas ioacutenicas e aleacutem disso tenha a capacidade
de manter huacutemido o ponto de contacto com a pele de forma a
diminuir a impedacircncia na interface mas sem usar pastas ou gel
que sujam a pele
A hidrataccedilatildeo da pele por via externa nos ensaios a
realizar eacute feita atraveacutes da aplicaccedilatildeo de diferentes soluccedilotildees
hidratantes que se encontram embebidas numa esponja num
reservatoacuterio existente no eleacutetrodo (Figura 8) Estas soluccedilotildees tecircm a capacidade de migrar atraveacutes do
eleacutetrodo atraveacutes do efeito de capilaridade e gravidade uma vez que a base do eleacutetrodo eacute feita de
policarbonato com porosidade aberta adequada ao fenoacutemeno da capilaridade
O desenvolvimento deste bioeleacutetrodo inovador possibilita tambeacutem uma colocaccedilatildeo raacutepida
coacutemoda e segura Uma vez que estes passam a ser colocados com uma touca
Finalmente eacute tambeacutem importante referir que a forma do eleacutetrodo em multipino permitiraacute
numerosos pontos de contacto de modo a minimizar a impedacircncia do mesmo contribuindo para a
obtenccedilatildeo de melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
26 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
O ruiacutedo eacute um sinal interferente de natureza aleatoacuteria que provoca a degradaccedilatildeo de sinal
durante o seu processamento Em eletroacutenica diz respeito a quaisquer correntes ou tensotildees indesejadas
que mascaram o sinal que realmente interessa
Nos dispositivos e circuitos eletroacutenicos existem inuacutemeras fontes de ruiacutedo dai a importacircncia
na sua caraterizaccedilatildeo
Um tipo importante de ruiacutedo eacute o ruiacutedo de Johnson-Nyquist presente nos portadores de carga
e em todos os elementos com resistecircncia eleacutetrica Este tipo de ruiacutedo eacute caraterizado por uma densidade
espectral de potecircncia (do inglecircs power spectral density - PSD) uniforme e forma de onda gaussiana
[26]
O ruiacutedo de Johnson-Nyquist eacute comumente chamado ruiacutedo teacutermico e a sua tensatildeo eficaz pode
ser calculado atraveacutes da ( 5 para uma resistecircncia eleacutetrica R
Vt= radic4∙k∙T∙B∙R=radic16times1020
∙B∙R ( 5 )
Figura 8 Eleacutetrodo de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios A representa o fio de prata B a soluccedilatildeo condutora C a esponja do reservatoacuterio e D material de policarbonato de natureza porosa onde se estabelece o contacto com a pele
16
16
onde k representa a constante de Boltzmann em JK T a temperatura da resistecircncia em K B
a banda equivalente de ruiacutedo e R o valor da resistecircncia em Ohm
Para o caacutelculo da banda equivalente de ruiacutedo considera-se que o sistema tem uma funccedilatildeo de
transferecircncia do tipo 1198810
119881119894frasl = 119860(119895119891) e estaacute sujeito a uma entrada de ruiacutedo de PSD 119878119881119894
Deste modo
obtemos que o valor meacutedio da tensatildeo de ruiacutedo na saiacuteda para um amplificador seraacute
1198811198990
2 = int 119878119881119894 |A(jf)|2 partfinfin
0
( 6 )
Sendo |119860(119895119891)| usualmente uma funccedilatildeo do tipo
Figura 9 Funccedilatildeo de um filtro passa-baixos |119912(119947119943)|
Uma vez que as regiotildees sombreadas satildeo iguais pode-se simplificar o caacutelculo atraveacutes da aacuterea
de um retacircngulo com a mesma aacuterea que o quadrado da funccedilatildeo de transferecircncia Temos entatildeo que a
banda equivalente eacute dada por
B=1
|A0|2int |A(jf)|2 partf
infin
0
( 7 )
Outro tipo de ruiacutedo presente nos equipamentos eletroacutenicos que eacute interessante estudar eacute o
ruiacutedo ldquoshotrdquo ou ruiacutedo de corrente (Ish) que como o nome indica estaacute associado agrave corrente DC que
flui atraveacutes de uma barreira de potencial e pode ser representado por
Ish= radic2∙q∙IDc∙B ( 8 )
Onde q representa a carga eletroacutenica em coulomb e IDC a corrente contiacutenua meacutedia em ampere
Finalmente outro tipo de ruiacutedo a estudar seraacute o ruiacutedo 1f ldquoflickerrdquo ou ruiacutedo de contacto (If)
que ocorre devido agraves diferenccedilas nos niacuteveis de energia eleacutetricos quando existe um contato imperfeito
entre dois materiais Este tipo de ruiacutedo pode ser calculado atraveacutes de
119868119891 = 119870 ∙ 119868119863119888 ∙ radic119861
radic119891 ( 9 )
Onde K eacute um valor constante que depende do material e da geometria
A baixas frequecircncias este ruiacutedo eacute chamado de ruiacutedo ldquo1frdquo devido agrave tendecircncia caracteriacutestica
de decrescimento com a frequecircncia Eacute importante notar que a magnitude do ruido ldquoflickerrdquo pode ser
17
17
muito grande para pequenas frequecircncias o que leva a que seja a forma de ruiacutedo predominante em
circuitos de baixa frequecircncia
Considerando o ruiacutedo total como adiccedilatildeo das contribuiccedilotildees dos vaacuterios tipos de ruiacutedo na
configuraccedilatildeo eleacutetrica adotada para um amplificador pode-se considerar que o ruiacutedo na entrada segue
a representaccedilatildeo da Figura 10 da qual eacute possiacutevel retirar que
1198681198992 =
1198811198991199052 minus 119881119899
2 minus 1198811199052
1198771199042 ( 10 )
Na praacutetica In pode ser calculado atraveacutes da PSD do ruiacutedo total obtido com uma resistecircncia
elevada de modo a que 1198811198990≫ 119860radic119881119899
2 ∙ 1198811199052 e que Vn eacute a PSD do sistema com a entrada em curto circuito
Figura 10 Circuito representativo dos componentes do ruiacutedo do amplificador na entrada segundo o modelo Vn-In
No corpo humano a captaccedilatildeo dos biopotenciais no escalpe estaacute sujeita agrave presenccedila de ruiacutedo
eleacutetrico intriacutenseco indesejado na interface eleacutetrodogelpele que faz com que o processo de deteccedilatildeo
e anaacutelise dos sinais bioloacutegicos reais seja mais complicado Eacute necessaacuterio por isso caracterizar e
conhecer a magnitude e origem destas flutuaccedilotildees de modo a caraterizar a qualidade dos eleacutetrodos
desenvolvidos
O ruiacutedo eleacutetrodo-pele pode estar ligado agrave interface entre o eleacutetrodo e o eletroacutelito ou entatildeo
agrave interface eletroacutelito-pele No primeiro caso esta situaccedilatildeo pode ser mensurada atraveacutes da colocaccedilatildeo
de eleacutetrodos do mesmo tipo um contra o outro Por outro lado o ruiacutedo produzido pela interface
eletroacutelito-pele deve ser mensurado de uma forma indireta atraveacutes do contacto direto entre o eleacutetrodo
e a pele Nesta situaccedilatildeo o ruiacutedo eacute tipicamente mais elevado do que o que se obteacutem na interface
eleacutetrodo-eletroacutelito [3] Uma vez que os resultados obtidos nestes ensaios dependem diretamente do
estado da pele eacute importante garantir um tratamento preacutevio adequado
18
18
261 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio do tempo RMS e Deriva do potencial
A raiz do valor quadraacutetico meacutedio RMS (do inglecircs root mean square) ou valor eficaz eacute uma
medida estatiacutestica da magnitude de uma quantidade variaacutevel que pode ser calculada atraveacutes da
expressatildeo
120600119877119872119878 = radic1
119873 sum120600119894
2
119873
119894=1
= radic1206001
2 + 12060022 + ⋯+ 120600119873
2
119873 ( 11 )
Nos sinais a estudar satildeo calculados os valores RMS da parte alternada do sinal em intervalos
de tempo sucessivos Destes valores eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees acerca da evoluccedilatildeo temporal do
sinal assim como a quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo
Por outro lado a deriva do potencial eacute calculada recorrendo agrave primeira derivada do sinal nos
diferentes pontos pela componente contiacutenua do sinal sendo portanto de natureza lenta Eacute possiacutevel
por isso analisar a deriva do potencial e o tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema atraveacutes do recurso desde
caacutelculo
262 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio das frequecircncias Densidade espectral
A densidade espectral de potecircncia PSD eacute definida pela transformada de Fourier da funccedilatildeo
de autocorrelaccedilatildeo (Rxx (120591)) de um processo estacionaacuterio ou seja
Teorema de Wiener-Khintchine 119878119909(119891) = F[Rxx(120591)]= int Rxx(120591)119890minus 1198952120587119891120591119889120591infin
minusinfin
( 12 )
Por outras palavras a PSD descreve a distribuiccedilatildeo da variacircncia de um processo aleatoacuterio no
domiacutenio da frequecircncia [27][28]
No Matlab esta estimaccedilatildeo eacute feita atraveacutes da funccedilatildeo pwelch jaacute implementada esta segue o
meacutetodo Welch para o caacutelculo da PSD Este meacutetodo eacute baseado no conceito de utilizaccedilatildeo de
periodogramas de estimaccedilatildeo espectral que satildeo o resultado da conversatildeo de um sinal no domiacutenio
temporal para o domiacutenio da frequecircncia [29] Para isso o meacutetodo Welch segue o fundamento do
meacutetodo Bartlett contudo permite a sobreposiccedilatildeo de segmentos [30]
O meacutetodo Bartlett consiste primeiramente na divisatildeo do segmento original de N amostras em
K segmentos de comprimento M Para cada segmento eacute obtido o periodograma calculado atraveacutes da
transformada discreta de Fourier de seguida eacute calculado o quadrado do resultado e dividido por M
Finalmente eacute feita a meacutedia do resultado dos periodogramas para todos os segmentos de K amostras
resultando num uacutenico vetor de potenciais em funccedilatildeo da frequecircncia Ou seja a reparticcedilatildeo da potecircncia
ao longo do espetro [28]
19
19
27 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo da impedacircncia
Um sistema eletroquiacutemico eacute aquele onde haacute a presenccedila de pelo menos uma fase condutora
eletroacutenica (eleacutetrodo) em contato direto com uma fase condutora ioacutenica (eletroacutelito) as quais originam
a interface eleacutetrodo-eletroacutelito onde se forma duma dupla camada eleacutetrica
A mediccedilatildeo da impedacircncia eletroquiacutemica em modo potenciostaacutetico eacute feita atraveacutes da
aplicaccedilatildeo de um sinal de potencial eleacutetrico sinusoidal 119881(119905) com cerca de 5 a 20 mV numa ceacutelula
eletroquiacutemica Satildeo medidas a resposta na forma de corrente eleacutetrica 119868(119905) e diferenccedila de fase entre
o sinal de potencial e o sinal da corrente [31] Ao medir a corrente alternada que atravessa a ceacutelula
eletroquiacutemica obtemos a impedacircncia Z da forma convencional 119885 = 119881119868 [32] Refira-se que a obtenccedilatildeo
da impedacircncia pode igualmente ser feita impondo uma perturbaccedilatildeo de corrente e medindo o
potencial A impedacircncia do eleacutetrodo reflete entatildeo a capacidade do eleacutetrodo para transferir carga a
determinada frequecircncia [32][33]
Deste modo tem-se se os valores da tensatildeo alternada V(t) e da intensidade I(t) forem
representados por
V(t)=V0∙ cos ωt
( 13 )
I(t)=I0∙ cos (ωt+φ) ( 14 )
No qual V0 representa a amplitude de pico do sinal 120596 a frequecircncia angular (120596 = 2120587119891) I0 a
amplitude do sinal de corrente e 120593 a diferenccedila de fase entre os dois sinais
Pela equaccedilatildeo de Euler
eiφ= cos φ +j sin φ ( 15 )
temos entatildeo que se φ=120596119905
V(t)= V0∙Re(ejωt) ( 16 )
representando essa tensatildeo alternada como uma parte real de uma grandeza complexa
temos que V(t) eacute equivalente a
V(t)=V0∙Re(119888119900119904120596119905 + 119895 ∙ 119904119894119899 120596119905) ( 17 )
Por outro lado atendendo agrave Equaccedilatildeo de Euler acima descrita a corrente eleacutetrica gerada
por um elemento de circuito em resposta a uma tensatildeo alternada pode ser escrita como
I(t)=I0∙Re(119890(120596119905+120593))
( 18 )
Deste modo a impedacircncia fica
Z(ω)=Z0∙ejφ
( 19 )
e aplicando a equaccedilatildeo de Euler
Z(ω)=Z ( cos φ + j sin φ ) ( 20 )
20
20
Obtemos uma equaccedilatildeo composta de uma parte real e uma parte imaginaacuteria possibilitando
assim a sua representaccedilatildeo num plano cartesiano onde a parte real corresponderaacute ao eixo das abcissas
e a parte imaginaria ao eixo das ordenadas (Diagrama de Nyquist)
Pode-se tambeacutem representar a impedacircncia como um vetor no plano complexo
Z (ω)=Re[Z(ω)]i +Im[Z(ω)]j ( 21 )
E se Z0 for o moacutedulo da impedacircncia a parte real de 119885(120596) escreve-se
Z=Z0∙ cos φ
( 22 )
sendo a parte imaginaacuteria representada por
Z=Z0∙ sin φ
( 23 )
que segundo a representaccedilatildeo de Fresnel corresponde a
Z(ω)=Z+ j Z
( 24 )
ou seja
1198850=|Z(ω)|=radicZ2+ Z
2 ( 25 )
e
tan φ = Z
Zfrasl ( 26 )
Os diagramas de Nyquist satildeo uacuteteis para reconhecer o tipo de processo envolvido Os diagramas
de Bode por outro lado mostram a dependecircncia direta do acircngulo de fase com a frequecircncia Este
uacuteltimo eacute particularmente interessante em escalas de frequecircncia muito diferentes uma vez que eacute
frequentemente representado atraveacutes da escala logariacutetmica portanto os resultados nos capiacutetulos
subsequentes seratildeo apresentados neste formato
21
21
A teacutecnica de Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica (do inglecircs Electrochemical
Impedance Spectroscopy - EIS) fornece uma visatildeo completa e detalhada das caracteriacutesticas eleacutetricas
da interface eleacutetrodo-eletroacutelito quando efetuada
numa gama suficientemente largada de frequecircncias
Na Figura 11 estaacute representado um esquema da
montagem experimental para mediccedilatildeo da
impedacircncia As reaccedilotildees eletroquiacutemicas satildeo em
essecircncia reaccedilotildees quiacutemicas em que ocorrem
transferecircncia de eletrotildees para um eleacutetrodo e como
regra ocorrem de acordo com princiacutepios quiacutemicos
gerais Haacute contudo certas caracteriacutesticas das
reaccedilotildees eletroquiacutemicas que satildeo uacutenicas Algumas
delas envolvem a transferecircncia de eletrotildees atraveacutes
de uma interface (reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo) o
que acarreta uma dependecircncia com as dimensotildees e
aacuterea do eleacutetrodo assim como tambeacutem das
propriedades da interface com o eleacutetrodo
Eacute habitual que os eleacutetrodos de AgAgCl apresentem potenciais relativamente baixos e
estaacuteveis Portanto a deposiccedilatildeo da camada de AgCl estabilizaraacute o potencial do eleacutetrodo e reduziraacute os
niacuteveis de impedacircncia Eacute de salientar que impedacircncias aceitaacuteveis para os eleacutetrodos de superfiacutecie devem
encontrar-se abaixo dos 5 k uma vez que quanto maior a impedacircncia maior seraacute a resistecircncia do
eleacutetrodo agrave passagem de corrente No entanto valores de 10 k ou mesmo 40 K ainda satildeo
considerados aceitaacuteveis dependendo dos autores [34][35]
Figura 11 Esquema representativo do ensaio potenciostaacutetico para mediccedilatildeo da impedacircncia
22
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Capiacutetulo 3 Materiais e meacutetodos
Materiais e meacutetodos
31 Preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes
Na preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes dissolveu-se cloreto de soacutedio (NaCl) em aacutegua
adicionando de seguida um tensioativo (tweencopy-80) e um humectante (propilenoglicol) As
concentraccedilotildees destes componentes variaram nas 3 soluccedilotildees conforme referido na Tabela 2 Conveacutem
referir que cada componente foi dissolvido em constante e contiacutenua agitaccedilatildeo numa placa de
agitaccedilatildeo tendo-se misturado primeiro o propilenogicol com o tweencopy e soacute depois com os restantes
compostos
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas
COMPONENTE INFORMACcedilAtildeO DO COMPONENTE SOLUCcedilAtildeO
1 2 3
NaCl (mV) VWR-BDH Prolabo Lote 27810295
09 09 09
Tweencopy-80 (VV) Acofarma
Lote 130287 3 3 5
Propilenoglicol(VV) Acofarma
Lote 131337 10 30 30
Aacutegua (VV) - qbp 100 qbp 100 qbp 100
A biocompatibilidade das mateacuterias-primas empregues para a obtenccedilatildeo das soluccedilotildees torna este
novo conceito de eleacutetrodo uma alternativa promissora para utilizaccedilatildeo cliacutenica Esta biocompatibilidade
estaacute inversamente relacionada com a concentraccedilatildeo de cloretos de soacutedio ou seja quanto menor a
concentraccedilatildeo tanto maior a biocompatibilidade das soluccedilotildees Por esse motivo as soluccedilotildees
desenvolvidas contavam com pequenas concentraccedilotildees de sais de modo a ser o mais semelhante
possiacutevel aos componentes ioacutenicos da proacutepria pele humana
24
24
32 Produccedilatildeo dos novos eleacutetrodos
321 Produccedilatildeo da estrutura porosa de policarbonato
A produccedilatildeo da estrutura porosa (wicks) foi realizada atraveacutes da sinterizaccedilatildeo de poacutes de
policarbonato (PC)
No que diz respeito ao processo de fabrico propriamente
dito o primeiro passo consistiu na moagem da mateacuteria-prima
(policarbonato) de seguida estas partiacuteculas foram sinterizadas
atraveacutes de um equipamento designado por cilindro de sinterizaccedilatildeo
Este cilindro foi aquecido a uma temperatura de asymp170degC e atingida
esta gama de temperaturas colocaram-se as partiacuteculas no molde
ldquoWickrdquo com as dimensotildees apresentadas na Figura 12 que se
encontrava dentro do cilindro central Procedeu-se
imediatamente ao encaixe do pistatildeo no cilindro central Para
finalizar mergulhou-se em aacutegua fria o cilindro central contendo o
molde deixando de seguida secar agrave temperatura ambiente [36]
322 Preparaccedilatildeo dos eleacutetrodos de pratacloreto de prata
Para a deposiccedilatildeo da camada de cloreto de prata nos fios de prata recorreu-se a uma teacutecnica
de deposiccedilatildeo quiacutemica Para isso os fios de prata (Ag) (diacircmetro = 250 miacutecron 9999 Goodfellow
Cambridge) foram oxidados com uma soluccedilatildeo de cloreto de ferro (III) (MERCK Lote 7705-08-0) apoacutes
um preacute-tratamento que permitiu a remoccedilatildeo de impurezas e sujidades presentes na superfiacutecie dos fios
Este preacute-tratamento consistiu na limpeza da superfiacutecie dos fios com 2-propanol e posterior imersatildeo
dos mesmos numa tina de ultrassons com 2-propanol durante 10 minutos De seguida mergulharam-
se os fios de prata em aacutegua destilada de forma a remover todo o 2-propanol presente Finalmente
o processo de oxidaccedilatildeo consistiu em submergir os fios de prata numa soluccedilatildeo aquosa de FeCl3 50 mM
durante 2 minutos ao finalizar este periacuteodo foram armazenados durante 24h num recipiente revestido
com folha de alumiacutenio que possuiacutea uma soluccedilatildeo de HCl 01M para estabilizaccedilatildeo Os fios que natildeo foram
utilizados imediatamente foram armazenados num recipiente revestido com folha de alumiacutenio com
uma soluccedilatildeo de HCl 0005M O comprimento de cada fio de prata eacute aproximadamente de 8 cm
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato
25
25
323 Montagem dos eleacutetrodos
Apoacutes o fabrico da estrutura porosa e da preparaccedilatildeo dos
fios de prata procedeu-se agrave montagem dos eleacutetrodos para isso
cortaram-se pequenas porccedilotildees de uma esponja em poliuretano
com configuraccedilatildeo ciliacutendrica e um diacircmetro semelhante ao da
parte superior da estrutura porosa De seguida atravessou-se esta
esponja com o fio de prata e inseriu-se o conjunto ldquoesponja +
arame de pratardquo dentro de um orifiacutecio superior que a estrutura
porosa possui Finalmente incorporou-se esta estrutura dentro de
um tubo de PVC de modo a atingir a configuraccedilatildeo apresentada na
Figura 13
33 Preparaccedilatildeo dos ensaios
Antes do iniacutecio dos ensaios os eleacutetrodos foram previamente lavados com 2-propanol e
colocados na estufa de modo a evaporar os resiacuteduos do aacutelcool Posteriormente foi aplicada a soluccedilatildeo
hidratante que se pretendia estudar de modo a que a esponja ficasse completamente embebida Desta
forma por uma parte os novos eleacutetrodos em estudo foram testados recorrendo agraves soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 e por outra os eleacutetrodos que serviram como controlo (eleacutetrodo de AgAgCl
(BIO EASYCAP GmbH Alemanha)) utilizaram o gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) Foram tambeacutem utilizados eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) como referecircncia
Para os estudos eletroquiacutemicos incorporaram-se os eleacutetrodos numa montagem constituiacuteda por
um potenciostatogalvanostato Gamry G-300 (Gamry Instruments USA) De modo a diminuir o ruiacutedo
eletroacutenico os ensaios foram todos realizados dentro de uma Gaiola de Faraday Eacute importante referir
que uma vez o nosso sistema de aquisiccedilatildeo de dados era ldquoearth groundedrdquo seguiu-se a sugestatildeo da
bula do Gamry e optou-se unicamente por ligar o ldquofloating groundrdquo agrave gaiola
34 Condiccedilotildees dos ensaios
A primeira parte do trabalho foi desenvolvida laquoIn vitroraquo com eleacutetrodos multipino foi feito
entatildeo um estudo do ruido eletroquiacutemico entre eleacutetrodos do mesmo tipo nas diferentes soluccedilotildees
referidas na Tabela 2 De seguida realizou-se um estudo das impedacircncias dos novos eleacutetrodos nas
diferentes soluccedilotildees seguidos por um estudo de controlo realizado nas mesmas condiccedilotildees com o
eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente e o correspondente gel hidratante Estes ensaios foram
reproduzidos 3 vezes uma vez que em estudos anteriores jaacute se tinha verificado uma boa
reprodutibilidade dos ensaios
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios
26
26
Na segunda fase dos estudos realizou-se uma avaliaccedilatildeo do ruido da impedacircncia vs frequecircncia
laquoIn vivoraquo com as diferentes soluccedilotildees Estes ensaios foram realizados em 8 voluntaacuterios saudaacuteveis 6 do
sexo feminino e 2 do masculino Deste modo consegue-se escolher uma soluccedilatildeo para avanccedilar ao
estaacutegio seguinte que consistia na mediccedilatildeo e comparaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos obtidos tanto
com os eleacutetrodos de controlo como com os eleacutetrodos multipino porosos com a soluccedilatildeo hidratante mais
adequada Os resultados foram obtidos com a participaccedilatildeo de 2 voluntaacuterios saudaacuteveis de ambos sexos
341 Ensaios laquoIn vitroraquo
3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito
Nos ensaios de ruiacutedo eletroquiacutemico apenas foram utilizados eleacutetrodos multipino porosos
Fig14 (b) sendo um ligado ao terminal do eleacutetrodo de trabalho e o outro ao terminal do eleacutetrodo de
referecircncia A distacircncia entre os eleacutetrodos foi controlada durante o decorrer dos ensaios optando-se
por uma distacircncia de 3 cm entre os dois eleacutetrodos Foi tambeacutem realizada uma montagem de controlo
nas mesmas condiccedilotildees contudo esta era constituiacuteda por dois eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel
Electro-Cap International Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA)
Estabelecida a montagem do sistema eletroacutenico procedeu-se agrave mediccedilatildeo do ruiacutedo eleacutetrico em
circuito aberto para isso recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software ldquoESA410 Data Acquisitionrdquo da Gamry
um software projetado especificamente para a aquisiccedilatildeo e anaacutelise de sinais de ruiacutedo eletroquiacutemico
[37] Para aquisiccedilatildeo dos dados o ESA410trade associa-se ao potenciostato Gamry que faz aquisiccedilatildeo dos
dados em modo potenciostaacutetico a recolha dos dados eacute feita em circuito aberto O teste para cada
eleacutetrodo foi realizado ao longo de 12 minutos com uma taxa de amostragem constante de 1000 Hz
ao longo de todo o teste e um filtro de 10 A frequecircncia de amostragem foi escolhida tendo em conta
o Teorema de Nyquist que afirma que a frequecircncia de amostragem de um sinal analoacutegico para que
possa posteriormente ser reconstituiacutedo com o miacutenimo de perda de informaccedilatildeo deve ser igual ou maior
a duas vezes a maior frequecircncia do espectro desse sinal 119861 le119891119904
2 Por outras palavras a frequecircncia
maacutexima do sinal de entrada deveraacute ser menor ou igual a metade da taxa de amostragem [38] Para
que isto seja conseguido o sistema incorpora um filtro passa-baixo ldquoanti-aliasrdquo (deixa passar baixas
frequecircncias mas atenua as frequecircncias maiores do que a frequecircncia de Nyquist) [39]
3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito
Na montagem eletroacutenica dos ensaios de impedacircncia o contra eleacutetrodo era representado por
um eleacutetrodo comercial de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) o eleacutetrodo de trabalho um
eleacutetrodo poroso multipino (cada ensaio com as suas diferentes soluccedilotildees) e o eleacutetrodo de referecircncia
um eleacutetrodo de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) Fig14 (a) Optou-se tambeacutem pela
27
27
implementaccedilatildeo de um controlo com eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap International
Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap International Inc USA)
A obtenccedilatildeo dos dados eacute feita atraveacutes da teacutecnica de espectroscopia de impedacircncia
eletroquiacutemica em modo potenciostaacuteticordquo presente no software EIS300TM da Gamry neste modo de
funcionamento eacute aquirido um espectro de impedacircncia ao longo do intervalo de frequecircncias de 10 kHz
ateacute 01 Hz com uma tensatildeo AC aplicada (5 mV RMS) da tensatildeo de desvio DC (0 V vs circuito aberto)
e representados 3 pontos por deacutecada
(a) (b)
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo
342 Ensaios laquoIn vivoraquo
3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele
De modo a mensurar o ruiacutedo
causado pela interface entre o eletroacutelito e
a pele procedeu-se agrave montagem de um
sistema semelhante ao utilizado nos
ensaios do ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito dentro
de uma gaiola de Faraday contudo estes
ensaios foram realizados laquoIn vivoraquo
procedendo-se agrave colocaccedilatildeo dos dois
eleacutetrodos na zona anterior da tiacutebia com
um espaccedilo entre eles de 3 cm (Figura 15)
apoacutes a superfiacutecie da pele ter sido limpa
com etanol a 70
A montagem contava com um sistema de seguranccedila inserido em seacuterie no sistema de mediccedilatildeo
e que corta a corrente se esta for superior a 100 microA
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
28
28
A mediccedilatildeo do ruido foi feita tendo em conta o tipo de eleacutetrodo tendo-se para isso optado por
fazer as mediccedilotildees com eleacutetrodos do mesmo tipo ou seja num primeiro ensaio mensurou-se o ruido
entre 2 eleacutetrodos de pratacloreto de prata com o respetivo gel hidratante e numa segunda
abordagem optou-se por mensurar o ruido entre dois dos eleacutetrodos porosos com as diferentes soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 Contudo foi controlada a pressatildeo da banda que fixava os eleacutetrodos porosos
agrave tiacutebia sendo estipulado o valor da pressatildeo no intervalo de 15N a 2N
Neste ensaio o primeiro eleacutetrodo encontra-se ligado aos terminais dos eleacutetrodos de trabalho
o segundo ao terminal da referecircncia e o cabo do ground foi ligado agrave gaiola
Os paracircmetros dos ensaios foram os mesmos que os utilizados para a mediccedilatildeo do ruido
eleacutetrodo-eletroacutelito apresentados na secccedilatildeo 3411 contudo o tempo de aquisiccedilatildeo de sinal foi
reduzido a 5 minutos de modo a minorar o tempo de exposiccedilatildeo dos voluntaacuterios aos exames
3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele
laquoIn vivoraquo estes ensaios foram feitos logo
apoacutes a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico portanto a
superfiacutecie da pele se encontrava limpa e a
colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos obedecia agrave regra dos 3 cm
de distacircncia entre eleacutetrodos e 15-2N de pressatildeo
Para a mediccedilatildeo da impedacircncia eacute utilizada uma
configuraccedilatildeo diferente como referido no capitulo
33 Satildeo portanto utilizados 2 eleacutetrodos
comerciais de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH
Alemanha) um como referecircncia e outro como
contra eleacutetrodo e o eleacutetrodo em estudo
propiamente dito seja este o comercial (controlo)
ou o novo eleacutetrodo (Figura 16)
Os resultados obtidos para as diferentes
frequecircncias aleacutem de poderem ser representados
pelo diagrama de Nyquist como referido anteriormente podem tambeacutem ser representados num
Diagrama de Bode Neste diagrama a distribuiccedilatildeo dos valores de impedacircncia por vaacuterias ordens de
grandeza eacute representada em coordenadas polares (magnitude log|119885| em funccedilatildeo de log120596 )
3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos primariamente limpou-se a superfiacutecie do
escalpe com aacutelcool a 70 de modo a minimizar a camada gordurosa da pele De seguida procedeu-se
agrave colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos Foram colocados dois eleacutetrodos de AgAgCl (comerciais) um de forma a
servir como controlo (posiccedilatildeo O2) e outro em curto-circuito com o ground e a referecircncia (posiccedilatildeo
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino
durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia
29
29
Fp2) O eleacutetrodo poroso em estudo colocou-se a cerca de 3 cm do eleacutetrodo de AgAgCl posiccedilatildeo O2
de modo a captar o mesmo sinal que o obtido pelo eleacutetrodo de controlo (Figura 17)
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos
35 Implementaccedilatildeo em Matlab
Apoacutes a importaccedilatildeo do ficheiro obtido nos ensaios de ruiacutedo para o Matlab foi criado um filtro
Butterworth de ordem 20 de 05 ateacute 40 Hz atraveacutes da funccedilatildeo jaacute implementada pelo Matlab
ldquofdesignbandpassrdquo De seguida eacute aplicado o filtro duas vezes A primeira desde o primeiro ponto ateacute
o uacuteltimo e o segundo na ordem inversa Deste modo consegue-se natildeo soacute uma filtragem dupla mas
tambeacutem o cancelamento da fase dos filtros Assim efetivamente o filtro utilizado eacute de ordem 40 de
fase nula
De seguida eacute dividido o ensaio em segmentos de 30 segundos rejeitando os primeiros 10
segundos do ensaio Para cada segmento natildeo sobreposto eacute calculado o valor RMS da tensatildeo a
densidade espectral de potecircncia atraveacutes da estimaccedilatildeo pwelch do Matlab e o declive meacutedio (primeira
derivada do sinal) Contudo no final eacute calculada tambeacutem a densidade espectral de potecircncia global
que eacute expressa em dB
30
30
31
31
Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos
Resultados obtidos e discussatildeo
41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo
411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos
eleacutetrodos
Neste estudo eacute de extrema relevacircncia a eleiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante a utilizar Para isso
recorreu-se agrave realizaccedilatildeo de vaacuterios ensaios que possibilitassem uma avaliaccedilatildeo objetiva da resposta do
sistema Efetuou-se entatildeo primeiro uma anaacutelise do ruiacutedo ao longo de 12 minutos com os eleacutetrodos
multipino nas diferentes soluccedilotildees (um medido contra o outro) e a respetiva referecircncia de seguida
realizou-se um ensaio para mensurar a resistecircncia agrave passagem de corrente com os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees e a respetiva referecircncia
Assim sendo a Figura 18 revela a impedacircncia dos eleacutetrodos nas diferentes soluccedilotildees testadas
Nesta pode-se observar que a soluccedilatildeo 1 apresenta niacuteveis de impedacircncia ligeiramente mais baixos que
as restantes soluccedilotildees Contudo os seus niacuteveis encontram-se uma deacutecada acima dos valores obtidos
pelo eleacutetrodo e AgAgCl utilizado comercialmente com o respetivo gel hidratante Observa-se ainda
que os desvios padratildeo satildeo tatildeo baixos que quase natildeo satildeo percetiacuteveis o que significa que os ensaios satildeo
bastante reprodutiacuteveis Eacute tambeacutem importante notar que ao longo de todas as frequecircncias testadas
os valores de impedacircncia aleacutem de se encontrarem todos abaixo dos valores maacuteximos permitidos (20-
40 k) [35] encontram-se ainda abaixo dos 5 k referidos como valores de impedacircncia ideal por vaacuterios
fornecedores [40][41] o que eacute de extrema relevacircncia nos passos subsequentes de aquisiccedilatildeo do sinal
uma vez que eacute indispensaacutevel ter baixos niacuteveis de impedacircncia para conseguir captar ondas cerebrais
32
32
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Foram ainda feitas mediccedilotildees de ruiacutedo nas mesmas condiccedilotildees Realizando-se de seguida uma
anaacutelise no domiacutenio temporal e outra no domiacutenio das frequecircncias Para isso como foi referido no
capitulo 35 recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software Matlab A primeira anaacutelise eacute feita no domiacutenio
temporal (Figura 19 (a)) sob a forma de um graacutefico da tensatildeo meacutedia (RMS) em funccedilatildeo do tempo que
eacute obtida apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa-alto de modo a retirar a componente DC do sinal e assim
obter um sinal de ruiacutedo para altas frequecircncias que seraacute representado em periacuteodos de 30 segundos
Deste modo eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees da quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo de
estabilizaccedilatildeo do eleacutetrodo O que se observa eacute que os niacuteveis de ruiacutedo ao longo do tempo variam entre
185 microV ateacute 2 microV o que equivale a uma variaccedilatildeo maacutexima de 015 microV tanto para os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees como para o eleacutetrodo de AgAgCl no respetivo gel hidratante Observa-se
ainda que aleacutem das pequenas variaccedilotildees ao longo do tempo o desvio padratildeo para todas as soluccedilotildees eacute
muito semelhante sugerindo que natildeo haacute diferenccedilas significativas a niacutevel das soluccedilotildees implementadas
Eacute ainda de salientar que natildeo se observa nenhuma evoluccedilatildeo de ruiacutedo ao longo do tempo o que sugere
uma estabilizaccedilatildeo do sistema muito raacutepida A segunda anaacutelise no domiacutenio temporal corresponde ao
declive meacutedio (Figura 19 (b)) foi realizada recorrendo agrave primeira derivada do sinal em DC obtido a
cada 30 segundos Deste graacutefico eacute possiacutevel retirar informaccedilatildeo referente agrave deriva do potencial e ao
tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema Assim recorrendo agrave sua visualizaccedilatildeo observa-se que a
estabilizaccedilatildeo eacute feita de forma semelhante para todas as soluccedilotildees Contudo a soluccedilatildeo 3 apresenta
menos variaccedilotildees ao longo do tempo valores mais proacuteximos de zero e maior reprodutibilidade entre
ensaios Finalmente o teste de controlo efetuado com os eleacutetrodos comerciais de AgAgCl no gel
aparentam ser ligeiramente menos estaacuteveis contudo os valores se encontram na mesma gama de
tensotildees
33
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Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Para concluir realizou-se uma anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias para isso recorreu-se ao
graacutefico da densidade espectral de tensatildeo (Figura 20) Nele observa-se que os resultados do ruiacutedo do
sinal aumentam com a diminuiccedilatildeo das frequecircncias numa proporccedilatildeo 119903119906iacute119889119900 ~ 1 119891119903119890119902119906ecirc119899119888119894119886frasl
confirmando os estudos feitos por E Huigen em 2002 [20] No entanto estes tendem a estabilizar a
partir dos 10 Hz em valores proacuteximos dos -238 dB Eacute de referir que a para frequecircncias elevadas o
sinal de ruiacutedo eacute determinado pelo ruiacutedo do amplificador e natildeo pelo ruiacutedo da interface metal-eletroacutelito
uma vez que este eacute significativamente menor do que o ruiacutedo do amplificador impedindo assim a sua
mediccedilatildeo mesmo com equipamentos de baixo ruiacutedo [20]
34
34
Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
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35
a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
36
36
Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
37
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Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
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Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
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Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
40
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
41
41
Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
42
42
Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
43
43
Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
44
44
VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
45
45
Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
48
48
49
49
Referecircncias
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Anexos
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viii
342 Ensaios laquoIn vivoraquo 27 3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele 27 3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele 28 3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos 28 35 Implementaccedilatildeo em Matlab 29
Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos 31 41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo 31 411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos eleacutetrodos 31 412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na resposta ao
sistema 34 42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo 37
Capiacutetulo 5 Conclusotildees 47
Referecircncias 49
Anexos 51
ix
Lista de figuras
Figura 1 Eleacutetrodo de superfiacutecie comercial (Eleacutetrodo de controlo) 4
Figura 2 Corte transversal do bioeleacutetrodo de superfiacutecie em estudo com reservatoacuterio para a soluccedilatildeo hidratante 4
Figura 3 Representaccedilatildeo do fluxo ioacutenico durante o potencial de accedilatildeo (Adaptado de [16]) 8
Figura 4 Diagrama de blocos representativo de um sistema para aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos 9
Figura 5 Sistema internacional 10-20 para a colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos em EEG (Adaptado de [17]) 10
Figura 6 Representaccedilatildeo das ondas eletroencefalograacuteficas registadas durante um exame de EEG [5] 10
Figura 7 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da interface com a pele e o seu modelo de circuito eletroacutenico equivalente Adaptado de [14] 12
Figura 8 Eleacutetrodo de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios A representa o fio de prata B a soluccedilatildeo condutora C a esponja do reservatoacuterio e D material de policarbonato de natureza porosa onde se estabelece o contacto com a pele 15
Figura 9 Funccedilatildeo de um filtro passa-baixos 119860119895119891 16
Figura 10 Circuito representativo dos componentes do ruiacutedo do amplificador na entrada segundo o modelo Vn-In 17
Figura 11 Esquema representativo do ensaio potenciostaacutetico para mediccedilatildeo da impedacircncia 21
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato 24
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios 25
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo 27
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo
eletroquiacutemico 27
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia 28
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos 29
x
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os
correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 32
Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 33
Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 34
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 35
Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz
respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 36
Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 37
Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 38
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 39
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 40
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para
os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas 40
Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 42
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 42
Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos 43
xi
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso
com os olhos fechados 43
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 44
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 44
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos 45
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados 45
xiii
Lista de tabelas
Tabela 1 Classificaccedilatildeo convencional dos sinais de EEG tendo em conta a gama de frequecircncias em que se encontram com indicaccedilatildeo das situaccedilotildees tiacutepicas de ocorrecircncia [6] 2
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas 23
xv
Abreviaturas e Siacutembolos
Acroacutenimos
EEG Eletroencefalograma
NMF Natural moisturizer factor
PC Policarbonato
PCA Aacutecido carboxiacutelico da pirrolidona
PVC Policloreto de polivinilo
RMS Root mean square (Erro quadraacutetico meacutedio)
SNR ou SN Signal-to-noise ratio (Relaccedilatildeo sinal-ruiacutedo)
EIS Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica
ICM Interface ceacuterebro-maacutequina
Lista de siacutembolos
Ohm
1
Capiacutetulo 1 Introduccedilatildeo
Introduccedilatildeo
O eletroencefalograma (EEG) eacute o registo graacutefico dos potenciais eleacutetricos desenvolvidos no ceacuterebro
que eacute utilizado para o seu estudo Isto eacute feito atraveacutes de eleacutetrodos aplicados no couro cabeludo
diretamente na superfiacutecie encefaacutelica ou ateacute mesmo dentro da substacircncia encefaacutelica [1] O
procedimento foi descrito pela primeira vez pelo fisiologista alematildeo Emil du Bois-Reymond que
descobriu que a propagaccedilatildeo do estiacutemulo nervoso nos neuroacutenios resultava no surgimento de uma
corrente eleacutetrica Contudo soacute comeccedilou a ser usado em 1929 apoacutes Hans Berger (psiquiatra alematildeo)
ter conseguido obter a primeira imagem graacutefica das diferenccedilas de potencial presentes no ceacuterebro
[1][2] A combinaccedilatildeo dos diferentes sinais eacute captada pelos eleacutetrodos sob a forma de uma diferenccedila
de potencial entre cada par de eleacutetrodos (configuraccedilatildeo bipolar) ou entre cada eleacutetrodo e uma
referecircncia (configuraccedilatildeo monopolar) O princiacutepio baacutesico de obtenccedilatildeo dos traccedilados
eletroencefalograacuteficos (EEG) eacute a amplificaccedilatildeo dos sinais eleacutetricos atraveacutes da utilizaccedilatildeo de
amplificadores operacionais de instrumentaccedilatildeo [1][3][4] Estes dispositivos satildeo capazes de amplificar
pequenas diferenccedilas de potencial entre dois pontos do couro cabeludo gerando de seguida na forma
claacutessica por meio de um dispositivo chamado galvanoacutemetro de fio com registador e na forma atual
por meio de digitalizaccedilatildeo e impressatildeo um traccedilado graacutefico com diferentes formas de onda que podem
ser interpretados por especialistas na aacuterea [1][3]
Natildeo se sabe ainda interpretar completamente o significado das ondas do eletroencefalograma
mas sabe-se que estas satildeo geradas pela atividade sinaacuteptica dos neuroacutenios do coacutertex cerebral e pelas
informaccedilotildees neuro-eleacutetricas provenientes dos sistemas sensoriais Os traccedilados resultantes deste
exame quando o individuo se encontra acordado satildeo essencialmente dessincronizados isto eacute
compostos por ondas de tensotildees reduzidas e frequecircncias relativamente altas (ritmos alfa e beta)
Contudo quando o individuo se encontra a dormir e uma vez que nessa situaccedilatildeo o taacutelamo natildeo deixa
passar tatildeo facilmente a informaccedilatildeo que recebe os traccedilados dos potenciais sinaacutepticos do coacutertex
tornam-se menores menos variados e mais sincronizados [5] As ondas deste tipo podem ser descritas
atraveacutes da sua gama de frequecircncias ou de comprimentos de onda e periacuteodos associados e das
amplitudes sendo estas natildeo superiores aos 150 μV e a gama de frequecircncias encontrando-se entre os
05 e 60 Hz num EEG normal sendo portanto estes paracircmetros de grande importacircncia e a ter em
conta na anaacutelise destas ondas [6] Por convenccedilatildeo os sinais satildeo classificados em quatro bandas de
frequecircncia conforme ilustrado na Tabela 1
2
2
Tabela 1 Classificaccedilatildeo convencional dos sinais de EEG tendo em conta a gama de frequecircncias em
que se encontram com indicaccedilatildeo das situaccedilotildees tiacutepicas de ocorrecircncia [6]
ONDA FREQUEcircNCIA OCORREM DURANTE
Delta lt35 Hz Momentos do sono profundo
Theta 4-7 Hz Meditaccedilatildeo e relaxamento profundo
Alfa 8-13 Hz Estados mentais relaxados e no
sono
Beta gt13 Hz Estado normal de vigila
As designadas mediccedilotildees eletroencefalograacuteficas tecircm sido amplamente desenvolvidas e exploradas
por vaacuterios motivos que incluem a sua elevada resoluccedilatildeo temporal (na ordem dos milissegundos) e a
sua sensibilidade tanto agrave duraccedilatildeo como agrave intensidade da atividade neural resultado da sincronizaccedilatildeo
da atividade dos neuroacutenios Eacute tambeacutem uma teacutecnica muito atrativa uma vez que representa um
baixiacutessimo risco para os pacientes por ser um meacutetodo geralmente natildeo invasivo A teacutecnica EEG tem a
grande vantagem de possuir uma excelente resoluccedilatildeo temporal dos sinais Contudo sua principal
limitaccedilatildeo passa pela resoluccedilatildeo espacial uma vez que a propagaccedilatildeo da atividade eleacutetrica ao longo das
vias fisioloacutegicas e do cracircnio pode dar uma impressatildeo errada da localizaccedilatildeo da fonte da atividade
eleacutetrica resultando numa insuficiecircncia de detalhes espaciais para identificar as estruturas e funccedilotildees
relacionadas com a atividade eleacutetrica Todavia embora o sinal eleacutetrico tenha de ser transmitido
atraveacutes dos tecidos e isto provoca uma reduccedilatildeo da intensidade do sinal e pequenas distorccedilotildees assume-
se que esta atividade eacute a mesma tanto na superfiacutecie do coacutertex (local onde as ondas emergem) como
no escalpe (local onde as ondas satildeo coletadas) [5][7]
Na literatura aparecem relatos do uso de vaacuterios tipos de EEG para avaliar grupos de pacientes com
diferentes doenccedilas tais como tumores enxaquecas depressotildees e esquizofrenia no entanto na
clinica o EEG eacute sobretudo utilizado para diagnosticar doenccedilas vasculares cerebrais demecircncias e
encefalopatias [7][8][9] Todavia as aplicaccedilotildees hoje em dia para este tipo de sinais e seus sistemas
de eleacutetrodos satildeo inuacutemeras podendo-se destacar as interfaces ceacuterebro-maacutequina como uma das
principais Este tipo de interfaces procura atraveacutes das ondas produzidas no foro cerebral controlar
equipamentos sejam estes cliacutenicos ou natildeo Eacute possiacutevel detetar padrotildees de ativaccedilatildeo gerados pelo
ceacuterebro atraveacutes da colocaccedilatildeo de eleacutetrodos e anaacutelise dos sinais eletroencefalograacuteficos recolhidos tanto
no exterior como no interior da superfiacutecie encefaacutelica Os sinais captados indicam a atividade cerebral
do utilizador que apoacutes deteccedilatildeo e classificaccedilatildeo satildeo traduzidos para uma saiacuteda como por exemplo
o movimento de um cursor de um computador associado ao rato ou de qualquer dispositivo artificial
externo Os sinais de EEG natildeo-invasivos satildeo utilizados em aplicaccedilotildees de Interface ceacuterebro maacutequina
(ICM1) pois estes oferecem um niacutevel de qualidade de sinal aceitaacutevel que combina custos reduzidos e
facilidade de utilizaccedilatildeo[10]
Com o surgimento de outros meacutetodos de diagnoacutestico a utilizaccedilatildeo da eletroencefalografia entrou
em decaimento no entanto a associaccedilatildeo desta teacutecnica com o domiacutenio informaacutetico os seus baixos
1 ldquoA Interface ceacuterebro-maacutequina eacute um sistema que permite a interaccedilatildeo entre o utilizador e o meio que o cerca utilizando sinais de controlo gerados por meio da atividade cerebral O aprimoramento das pesquisas em ICM estaacute relacionado principalmente com os avanccedilos da neurofisiologia e computaccedilatildeo As pesquisas iniciais
dedicaram-se ao desenvolvimento de dispositivos de comunicaccedilatildeo de pessoas que perderam o controlo muscular voluntaacuterio (hellip)rdquo Mussatto Greice em [10] Atualmente satildeo frequentemente direcionados para auxiliar aumentar ou reparar a cogniccedilatildeo humana ou as funccedilotildees sensoriais e motoras
3
3
custos (quando comparados com as outras teacutecnicas) a facilidade na realizaccedilatildeo dos exames o pequeno
espaccedilo ocupado pelos equipamentos e a sua natureza inoacutecua vieram a dar-lhe um novo impulso
conquistando um lugar proeminente no diagnoacutestico de vaacuterias patologias cerebrais [11][12] Isso tornou
possiacutevel inclusive o mapeamento cerebral em escala de cores (a gradaccedilatildeo das cores relaciona-se
com a amplitude dos potenciais) muito popular atualmente As teacutecnicas para a obtenccedilatildeo e registo
foram por isso aprimoradas nos uacuteltimos anos evoluindo do registo em papel com um nuacutemero reduzido
de canais ao registo contiacutenuo em equipamentos de ateacute 256 canais acoplado ao registo de viacutedeo digital
atraveacutes de equipamentos dotados com sistemas wireless peccedilas de hardwares e softwares sofisticadas
para armazenamento de dados e complementar a anaacutelise visual atraveacutes da anaacutelise computacional
Contudo embora os avanccedilos informaacuteticos tenham sido importantes para o desenvolvimento desta
teacutecnica a questatildeo do eleacutetrodo a utilizar nas mediccedilotildees eacute essencial uma vez que os bioeleacutetrodos de
superfiacutecie satildeo responsaacuteveis pela captaccedilatildeo dos sinais na interface entre a pele e o equipamento de
aquisiccedilatildeo e registo sendo tambeacutem considerados o elo mais fraco na cadeia de aquisiccedilatildeo de sinal
(constituindo a maior fonte de ruiacutedo e de instabilidade) [12]
Existe uma vasta gama de eleacutetrodos disponiacuteveis incluindo eleacutetrodos de superfiacutecie descartaacuteveis ou
reutilizaacuteveis e eleacutetrodos profundos[13] Dentro dos eleacutetrodos profundos (intracranianos) mais
utilizados encontram-se os eleacutetrodos intracerebrais e os subdurais Eacute importante referir a existecircncia
destes eleacutetrodos contudo os eleacutetrodos abordados neste relatoacuterio satildeo os eleacutetrodos de superfiacutecie ou
seja aqueles que satildeo colocados sobre o escalpe Existem vaacuterias alternativas para a sua classificaccedilatildeo
todavia aqui seratildeo abordadas aquelas que se relacionam com a presenccedila ou ausecircncia de produtos
hidratantes utilizando o termo ldquoeleacutetrodos huacutemidosrdquo para aqueles que necessitam de uma soluccedilatildeo
hidratantegel e ldquoeleacutetrodos secosrdquo para aqueles que natildeo a exigem
Os principais tipos de eleacutetrodos utilizados na cliacutenica atualmente para a recolha de sinais
eletroencefalograacuteficos satildeo os eleacutetrodos de prata ouro e estanho Um eleacutetrodo do tipo Prata-Cloreto
de Prata (AgAgCl) (Figura 1) eacute um tipo de eleacutetrodo considerado como tendo caracteriacutesticas desejaacuteveis
de qualidade e estabilidade que o tornam em geral um eleacutetrodo de referecircncia no estado da arte
sendo vulgarmente utilizado em mediccedilotildees eletroquiacutemicas [14] Os fenoacutemenos que ocorrem quando
um eleacutetrodo metaacutelico entra em contacto com um eletroacutelito estatildeo na base da captaccedilatildeo dos sinais que
se pretende realizar Ocorre uma troca ioacutenica como resultado de uma reaccedilatildeo eletroquiacutemica associada
ao contacto Existindo uma tendecircncia para que os aacutetomos do metal percam eletrotildees e estes passem
para o eletroacutelito (oxidaccedilatildeo) fazendo assim com que o eleacutetrodo fique carregado negativamente no
que diz respeito ao eletroacutelito Contudo natildeo se trata de um processo estaacutetico e por conseguinte ocorre
igualmente a reaccedilatildeo contraacuteria ateacute se estabelecer o equiliacutebrio (reduccedilatildeo) [14] Este processo eacute descrito
pela Equaccedilatildeo de Nernst atraveacutes da qual eacute possiacutevel obter a constante de equiliacutebrio de uma
determinada reaccedilatildeo que envolva transferecircncia de eletrotildees Deste modo para uma reaccedilatildeo de
oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo (redox) temos
minus119899 119865119864 = minus119899 1198651198640 + 119877119879 119897119899 119876 hArr 119864 = 1198640 minus119877119879
119899119865119897119899 119876
( 1 )
Verifica-se que no ponto de equiliacutebrio o valor de Q pode ser descrito como K (contante de
equiliacutebrio da reaccedilatildeo) e considerando a constante universal dos gases perfeitos (R = 831 J K-1 mol-1 )
a carga eleacutetrica de uma mole de eletrotildees (F = 96485 Cmiddotmol-1) e que o ensaio decorre agrave temperatura
ambiente (T = 2982 K (25 degC)) obteacutem-se
E=E0-00257
nlnQ hArr 0=E0-
00257
nlnK hArr E0=
00257
nlnK hArr lnK=
n ∙ E0
00257
( 2 )
4
4
Onde Eordm se obteacutem a partir dos potenciais normais dos eleacutetrodos n eacute o nuacutemero de moles de eletrotildees
transferidos e Q eacute o quociente entre os produtos das atividades de produtos e reagentes na reaccedilatildeo
No caso da pele humana existem pequenas quantidades de NaCl (01-04) desta forma o aniatildeo
cloreto presente iraacute reagir com a prata do eleacutetrodo dando origem a uma diferenccedila de potencial
relacionado com a concentraccedilatildeo de cloreto [3] Portanto as trocas ioacutenicas que ocorrem na pele na
presenccedila deste eleacutetrodo satildeo representadas na ( 3
119860119892 + 119862119897minus 119860119892119862119897 + 119890minus ( 3 )
Este tipo de eleacutetrodos satildeo os mais utilizados hoje em dia na clinica
e satildeo fabricados como o nome o indica em prata agrave qual eacute aplicado um
revestimento de cloreto de prata Trata-se de um metal bem tolerado
pelo organismo humano que permite a obtenccedilatildeo de bons resultados
uma vez que aleacutem disso estes apresentam niacuteveis de ruido reduzidos e
natildeo satildeo facilmente polarizaacuteveis [3] no entanto a sua utilizaccedilatildeo exige
uma preparaccedilatildeo preacutevia da pele e a aplicaccedilatildeo de uma pasta condutora
(gel) que por vezes eacute desconfortaacutevel para o paciente sendo suscetiacutevel
de causar alergias e tornando o processo mais demorado uma vez que
a preparaccedilatildeolimpeza dos eleacutetrodos requer alguns cuidados e deve ser executada por um teacutecnico
Surgiu entatildeo a motivaccedilatildeo para criar novos eleacutetrodos secos que ultrapassassem estas dificuldades
dispensando a utilizaccedilatildeo do gel e a preparaccedilatildeo da pele todavia uma vez que o contacto liacutequido estaacute
ausente a impedacircncia interfacial eacute consideravelmente mais elevada (1 M contra 10-20 k)
refletindo-se numa maior sensibilidade ao movimento e de maneira geral na presenccedila de um maior
niacutevel de ruiacutedo o que exige preacute-amplificaccedilatildeo integrada Os custos associados agrave produccedilatildeo deste tipo de
eleacutetrodo satildeo tambeacutem mais elevados do que no caso dos eleacutetrodos convencionais
De modo a resolver estes problemas foi desenvolvido um novo
tipo de bioeleacutetrodo (Figura 2) [15] o qual tem a capacidade de
manter huacutemido o ponto de contacto com a pele evitando contudo
a utilizaccedilatildeo de pastas condutoras Este efeito foi conseguido usando
o princiacutepio da caneta de feltro o contacto com o escalpe eacute efetuado
a partir de vaacuterios pinos fabricados a partir de um poliacutemero poroso
acoplado a um pequeno reservatoacuterio com uma soluccedilatildeo hidratante os
pinos forneceratildeo entatildeo de forma controlada pelos efeitos
combinados da capilaridade e gravidade a soluccedilatildeo hidratante ao
ponto de contacto com o escalpe A sua forma oferece tambeacutem
muacuteltiplos pontos de contacto de modo a minimizar o ruiacutedo e obter
melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
O desenvolvimento destes eleacutetrodos compreenderaacute varias fases a primeira fase a implementar
seraacute a fabricaccedilatildeo da superfiacutecie porosa atraveacutes da compressatildeo de poacutes de policarbonato (PC) de seguida
seraacute feita a montagem dos diferentes componentes do eleacutetrodo nomeadamente a esponja o frio de
prata e o tubo de policloreto de polivinilo (PVC) que funcionaraacute como reservatoacuterio Finalmente seratildeo
preparadas e testadas vaacuterias soluccedilotildees com os mesmos componentes em diferentes concentraccedilotildees de
modo a concluir qual soluccedilatildeo fornece uma melhor hidrataccedilatildeo da pele otimizando assim os resultados
Figura 1 Eleacutetrodo de superfiacutecie comercial (Eleacutetrodo de controlo)
Figura 2 Corte transversal do bioeleacutetrodo de superfiacutecie em estudo com reservatoacuterio
para a soluccedilatildeo hidratante
5
5
6
6
7
7
Capiacutetulo 2 Enquadramento teoacuterico
Enquadramento teoacuterico
A EEG eacute um registo associado a uma teacutecnica cliacutenica que se baseia na aquisiccedilatildeo dos sinais produzidos
no coacutertex cerebral A obtenccedilatildeo dos mesmos eacute possiacutevel uma vez que aiacute existem ceacutelulas excitaacuteveis
capazes de conduzir os impulsos nervosos os neuroacutenios Estes impulsos geram correntes eleacutetricas
atraveacutes do corpo da ceacutelula ateacute uma zona chamada zona de disparo Neste local as correntes dirigem-
se ao espaccedilo extracelular provocando uma diferenccedila de potencial que desencadearaacute um novo estiacutemulo
na proacutexima ceacutelula e que contribuiraacute para a produccedilatildeo dos referidos sinais
21 Sistema nervoso
O sistema nervoso eacute responsaacutevel pela maioria das funccedilotildees de controlo no organismo coordenando
e regulando as atividades corporais Isto eacute feito atraveacutes da interpretaccedilatildeo e resposta a estiacutemulos Este
sistema eacute convencionalmente dividido em duas categorias o sistema nervoso central (SNC) que se
verifica tratar do desenvolvimento das respostas aos estiacutemulos e o sistema nervoso perifeacuterico (SNP)
o responsaacutevel pela conduccedilatildeo do estiacutemulo nervoso No caso do SNC podem distinguir-se vaacuterios oacutergatildeos
o enceacutefalo (constituiacutedo pelo ceacuterebro cerebelo e tronco encefaacutelico) e a espinal medula Jaacute no caso do
SNP esta divisatildeo eacute feita atraveacutes da distinccedilatildeo entre nervos cranianos ou espinhais [16] Os nervos satildeo
essencialmente um conjunto de axoacutenios e dendrites de vaacuterios neuroacutenios
Os neurocircnios que datildeo origem aos nervos satildeo ceacutelulas com capacidade excitatoacuteria capazes de
transmitir sinais nervosos Contudo as ceacutelulas da glia tambeacutem presentes no sistema nervoso
sobretudo nos nervos satildeo as principais responsaacuteveis pela propagaccedilatildeo orientada do estiacutemulo uma vez
que ao recobrirem o axoacutenio criam circuitos neuronais independentes [16]
Os axoacutenios transmitem pulsos eleacutetricos devido agrave presenccedila de canais ioacutenicos que abrem e fecham
de modo a controlar as concentraccedilotildees dos diferentes iotildees nos meios interno e externo da ceacutelula
8
8
211 Propagaccedilatildeo do sinal
Um impulso nervoso origina a transmissatildeo de um sinal codificado ao longo da membrana do
neuroacutenio Para compreender esta transmissatildeo dentro do proacuteprio neuroacutenio eacute necessaacuterio conhecer o
conceito de potenciais de repouso e de accedilatildeo
N as fases em que se verifica existir potenciais de repouso os iotildees de soacutedio entram para a ceacutelula
atraveacutes de transporte passivo uma vez que a concentraccedilatildeo destes eacute menor no interior da ceacutelula (a
favor do gradiente de concentraccedilatildeo) Posteriormente daacute-se a sua expulsatildeo de forma ativa ao mesmo
tempo que entram iotildees de potaacutessio ativamente Finalmente os iotildees de potaacutessio voltam passivamente
ao exterior da membrana outorgando agrave ceacutelula uma carga positiva Diz-se entatildeo que esta se encontra
polarizada Nas ceacutelulas nervosas o potencial de membrana ronda os -90mV [6]
Os potenciais de accedilatildeo satildeo os responsaacuteveis pela propagaccedilatildeo do estiacutemulo nervoso contudo a sua
duraccedilatildeo natildeo ultrapassa alguns milissegundos (ver a Figura 3) Esta propagaccedilatildeo ocorre quando o
potencial de membrana que se encontra nos -90mV passa a ocupar valores de -50 a -70mV devido a
uma perturbaccedilatildeo externa de modo a responder a esta situaccedilatildeo ocorre a passagem por difusatildeo dos
iotildees de soacutedio para o interior da ceacutelula resultando na alteraccedilatildeo dos potenciais ateacute entatildeo negativos
para valores que podem chegar a +35mV De seguida a ceacutelula expulsa ativamente o soacutedio alterando
assim o potencial para aproximadamente -95mV Daacute-se entatildeo a repolarizaccedilatildeo atraveacutes da bomba de
Na+K+ ou seja a ceacutelula volta agraves condiccedilotildees iniciais [6]
Apoacutes um sinal ser transportando atraveacutes de um neuroacutenio eacute necessaacuterio que este seja comunicado
ao neuroacutenio seguinte de modo a manter a transmissatildeo do impulso Esta transferecircncia daacute-se em locais
especiacuteficos e pode ser feita eletricamente (atraveacutes de iotildees) ou quimicamente (atraveacutes de uma fenda
sinaacuteptica onde um neurotransmissor eacute libertado e se liga a recetores especiacuteficos do neuroacutenio poacutes-
sinaacuteptico) [6][16]
Figura 3 Representaccedilatildeo do fluxo ioacutenico durante o potencial de accedilatildeo (Adaptado de [16])
9
9
22 Aquisiccedilatildeo do sinal
Eacute impossiacutevel medir a atividade eleacutetrica gerada por um uacutenico neuroacutenio contudo a aquisiccedilatildeo do
sinal electroencefalograacutefico soacute eacute possiacutevel graccedilas agrave emissatildeo parcialmente sincronizada do impulso
nervoso numa parte significativa do coacutertex cerebral Deste modo o EEG reflete o somatoacuterio da
atividade siacutencrona de milhares de neuroacutenios com uma orientaccedilatildeo espacial semelhante assessorando
assim a aquisiccedilatildeo de um sinal reprodutiacutevel e mensuraacutevel que possibilita uma interpretaccedilatildeo fidedigna
[16]
Esta teacutecnica permite o registo da atividade eleacutetrica do ceacuterebro Eacute um procedimento raacutepido
simples e indolor no qual os impulsos eleacutetricos do ceacuterebro satildeo amplificados e registrados em papel
atraveacutes de um galvanoacutemetro ou em formato digital O seu interesse prende-se natildeo soacute com os baixos
custos da teacutecnica como tambeacutem com a obtenccedilatildeo em tempo real destes sinais de modo a conseguir
diagnosticar eventuais anomalias
A EEG quando comparada com outras teacutecnicas como por exemplo o eletrocardiograma (ECG)
apresenta uma maior dificuldade na obtenccedilatildeo dos dados uma vez que a tensatildeo a captar eacute de muito
menor amplitude os sinais por vezes encontram-se na regiatildeo do ruiacutedo eleacutetrico e aleacutem disso os
amplificadores comuns natildeo fornecem uma banda de funcionamento que consiga amplificar o sinal de
forma eficaz o que exige a utilizaccedilatildeo de amplificadores especialmente desenhados [6] Contudo
estas limitaccedilotildees natildeo impediram o avanccedilo desta tecnologia Ao longo do tempo as teacutecnicas de obtenccedilatildeo
dos dados foram-se aprimorando tendo chegado na fase de maturidade agrave arquitetura ilustrada na
Figura 4 em que a saiacuteda eacute representada em papel desenhada por canetas conduzidas por mecanismos
controlados por galvanoacutemetros Hoje em dia os sistemas evoluiacuteram sobretudo na parte final atraveacutes
da digitalizaccedilatildeo dos sinais filtrados e seu armazenamento num dispositivo digital Desta forma torna-
se muito mais flexiacutevel a fase de visualizaccedilatildeo dos sinais que eacute feita em monitores graacuteficos de
computador bem como a fase de armazenamento e arquivo e criaccedilatildeo de fichas de exame A
digitalizaccedilatildeo permite o processamento digital dos sinais a fim principalmente de os caracterizar do
ponto de vista morfoloacutegico e assim contribuir para a classificaccedilatildeo do ponto de vista cliacutenico
Figura 4 Diagrama de blocos representativo de um sistema para aquisiccedilatildeo de sinais
eletroencefalograacuteficos
A EEG eacute realizada atraveacutes da colocaccedilatildeo de eleacutetrodos no couro cabeludo obedecendo o
posicionamento dos mesmos a regras especiacuteficas pois a sua localizaccedilatildeo influencia os sinais captados
10
10
De modo a facilitar a comparaccedilatildeo dos resultados eacute habitualmente utilizado um sistema se
colocaccedilatildeo padratildeo chamado 10-20 (Figura 5) Segundo este padratildeo os locais onde os eleacutetrodos satildeo
colocados satildeo denominados por letras de acordo com as aacutereas cerebrais adjacentes seguidas de um
nuacutemero impar se o eleacutetrodo se encontrar no lado esquerdo da cabeccedila ou par se for no lado direito
[6]
Apoacutes a obtenccedilatildeo do sinal contiacutenuo de EEG eacute
possiacutevel distinguir vaacuterios tipos de ondas de acordo
com a sua amplitude e frequecircncia A amplitude das
ondas pode ir ateacute aos 200 μV e a frequecircncia ateacute 30Hz
A Figura 6 representa os diferentes tipos de ondas
As ondas delta satildeo ondas da mais baixa frequecircncia
e amplitudes elevadas que ocorrem em momentos do
sono profundo por outro lado as ondas teta
encontram-se na gama de frequecircncias de 4-7 Hz
contudo
continuam a apresentar grandes amplitudes e ocorrem
em estaacutegios de meditaccedilatildeo e relaxamento profundo as
ondas alfa apresentam por sua vez amplitudes meacutedias
e frequecircncias compreendidas entre os 8 e os 13 Hz
correspondendo a estados mentais relaxados no sono
Finalmente as ondas beta satildeo as de mais elevada
frequecircncia (gt13 Hz) com amplitudes de cerca de 10 μV
e ocorrem quando existe um estimulo visual ou no estado
normal de vigiacutelia [6]
221 Eleacutetrodos
Os eleacutetrodos constituem a interface entre o escalpe e o equipamento de mediccedilatildeo No caso de um
eleacutetrodo huacutemido quando a parte metaacutelica entra em contacto com o eletroacutelito tem lugar um processo
de oxidaccedilatildeoreduccedilatildeo de iotildeesaacutetomos que daacute lugar ao aparecimento de um potencial caracteriacutestico
As propriedades fiacutesico-quiacutemicas tanto do eleacutetrodo como do eletroacutelito afetam o valor do potencial
Quando eleacutetrodos idecircnticos satildeo submersos num eletroacutelito homogeacuteneo ambos assumem o mesmo
potencial com respeito ao eletroacutelito Contudo eleacutetrodos diferentes colocados nas mesmas condiccedilotildees
apresentam potenciais diferentes [6] Deste modo eacute sensato concluir que a amplitude do potencial
depende do material de que o eleacutetrodo eacute feito Por esse motivo os eleacutetrodos utilizados na cliacutenica satildeo
comumente produzidos com prata e cloreto de prata uma vez apresentam uma resistecircncia agrave passagem
Figura 5 Sistema internacional 10-20 para
a colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos em EEG
(Adaptado de [17])
Figura 6 Representaccedilatildeo das ondas eletroencefalograacuteficas registadas durante um
exame de EEG [5]
11
11
de corrente natildeo elevada e os seus niacuteveis de impedacircncia satildeo estaacuteveis ao longo de uma ampla gama de
frequecircncias
Contudo o material natildeo eacute o uacutenico paracircmetro que varia para escolher um eleacutetrodo Dependendo
das necessidades existem tambeacutem variedades morfoloacutegicas como os eleacutetrodos invasivos e os natildeo-
invasivos
2211 Eleacutetrodos invasivos
Dentro dos eleacutetrodos invasivos (intracranianos) os mais utilizados satildeo os eleacutetrodos profundos
intracerebrais e os subdurais [13] Os primeiros consistem em eleacutetrodos em forma de agulha feitos
de material flexiacutevel com muacuteltiplos pontos de contacto para registo Satildeo ideais para o registo de
atividade em aacutereas distantes da superfiacutecie Proporcionam ainda um registo preciso da regiatildeo
volumeacutetrica adjacente a cada ponto de registo no entanto a extensatildeo da dita aacuterea eacute limitada [18]
Portanto o uso deste tipo de eleacutetrodos eacute ideal apoacutes os resultados dos exames natildeo-invasivos sugerirem
um ldquoalvordquo provaacutevel Os eleacutetrodos subdurais que podem ser do tipo placa ou tira de silicone com
muacuteltiplos contatos de registo satildeo ideais para o registo de aacutereas extensas do coacutertex [14] Contudo os
eleacutetrodos subdurais podem natildeo registar adequadamente alteraccedilotildees localizadas em profundidade
Este tipo de eleacutetrodos deve apresentar dimensotildees reduzidas de modo a que o dano provocado no
tecido cerebral seja miacutenimo Devem tambeacutem apresentar locais de aplicaccedilatildeo suficientes para recolher
potenciais de muitos neuroacutenios simultaneamente No entanto devido agrave sua natureza altamente
invasiva soacute satildeo usados em casos especiais em que o seu uso pode trazer grandes benefiacutecios para o
paciente
2212 Eleacutetrodos natildeo invasivos
O foco deste estudo centra-se nos eleacutetrodos natildeo invasivos eleacutetrodos colocados na superfiacutecie do
escalpe O contacto entre o eleacutetrodo e a pele eacute facilitado (impedacircncia reduzida) pela utilizaccedilatildeo de
gel e se for esse o caso estaacute-se perante o caso dos eleacutetrodos huacutemidos Contudo a aplicaccedilatildeo deste
gel requer uma preparaccedilatildeo preacutevia da pele que por vezes pode ser demorada suscetiacutevel de
desencadear reaccedilotildees aleacutergicas e desconfortaacutevel para o paciente [3] Surgiu entatildeo a alternativa dos
eleacutetrodos secos eleacutetrodos capazes de aquirir sinais que dispensam a utilizaccedilatildeo de soluccedilotildees todavia
como resultado da ausecircncia do gel ou pasta condutora a impedacircncia interfacial eacute muito mais elevada
tornando indispensaacutevel a integraccedilatildeo de um andar de preacute-amplificaccedilatildeo no eleacutetrodo
Procurando contornar as dificuldades de cada teacutecnica optou-se pelo desenvolvimento de um
bioeleacutetrodo inovador que dispensa a utilizaccedilatildeo de gel mas que apesar disso manteacutem um bom contacto
com a pele humidificando-a
Entre os materiais disponiacuteveis para a fabricaccedilatildeo de eleacutetrodos encontram-se o accedilo inoxidaacutevel o
ouro (Au) o oacutexido de iriacutedio (IrO2)) a prata (Ag) etc [14] tendo-se optado por utilizar um fio de
prata revestido com uma fina camada de cloreto de prata uma vez que os eleacutetrodos fabricados com
12
12
este material apresentam niacuteveis de ruiacutedo reduzidos grande estabilidade do potencial eleacutetrico na gama
de frequecircncias utilizada e uma impedacircncia interfacial baixa [14][19]
23 Interface do eleacutetrodo com a pele
A pele eacute um oacutergatildeo que cobre e protege o corpo e que se observa estar organizado em muacuteltiplas
camadas Eacute composta de trecircs camadas principais a epiderme a derme e a hipoderme cada uma
delas com carateriacutesticas estruturais especiacuteficas que levam a diferentes niacuteveis de condutividade
eleacutetrica e que podem ser representados atraveacutes de modelos baseados em componentes eleacutetricos
baacutesicos [14] Podemos entatildeo do ponto de vista eleacutetrico simular os tecidos bioloacutegicos a partir de um
circuito eleacutetrico formado por resistecircncias e condensadores dispostos em redes com seacuteries e paralelos
agindo estes como condutores ou dieleacutetricos nos quais o fluxo de corrente seguiraacute o caminho de
menor oposiccedilatildeo (Figura 7) Um exemplo ilustrativo desta situaccedilatildeo estaacute representado para o stratum
corneum a camada mais perifeacuterica da epiderme como este tecido eacute relativamente pouco condutor
apresenta uma elevada impedacircncia agrave transmissatildeo das correntes eleacutetricas [20] Assim devido agraves suas
propriedades dieleacutetricas a sua pequena espessura e o seu posicionamento entre o eleacutetrodo condutor
exterior e os tecidos subjacentes mais condutores eacute possiacutevel a sua representaccedilatildeo por meio de um
condensador de placas paralelas
Figura 7 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da interface com a pele e
o seu modelo de circuito eletroacutenico equivalente Adaptado de [14]
O valor da capacidade eleacutetrica da pele estaacute relacionado com a espessura e composiccedilatildeo da camada
coacuternea e tem um valor tiacutepico no intervalo 002-006 microFcm2 [14]
Por outro lado uma vez que alguns iotildees conseguem atravessar o stratum corneum atraveacutes dos
elementos da pele (foliacuteculos do cabelo suor canais das glacircndulas sebaacuteceas imperfeiccedilotildees da pele)
isso pode ser representado coletivamente por uma resistecircncia que seraacute colocada em paralelo com o
condensador Como as camadas subjacentes agrave epiderme satildeo relativamente condutoras representam-
se por uma resistecircncia em seacuterie adicional A presenccedila de uma elevada densidade de foliacuteculos pilosos
(que atuam como derivaccedilotildees de baixa resistecircncia) daacute origem a um valor muito baixo na resistecircncia da
13
13
pele No entanto esta observaccedilatildeo eacute contrabalanccedilada pela dificuldade em fazer contato mecacircnico e
eleacutetrico firme Em tais casos a impedacircncia da pele eacute muito elevada e por vezes eacute necessaacuterio recorrer
agrave remoccedilatildeo dos pelos antes de realizar o exame [14]
231 Hidrataccedilatildeo da pele
O processo de hidrataccedilatildeo da pele humana acontece por duas vias a interna e a externa [21] No
caso da via interna isto acontece quando os queratinoacutecitos migram atraveacutes da derme e sofrem
alteraccedilotildees significativas uma vez que paralelamente a esse processo satildeo libertados liacutepidos e o fator
de hidrataccedilatildeo natural da pele (NMF - Natural moisturizer factor) No caso dos liacutepidos estes formam
uma barreira para a perda de aacutegua e ajudam a reter a hidrataccedilatildeo natural da pele Jaacute no caso da
hidrataccedilatildeo por via externa esta acontece quando introduzimos na pele substacircncias cosmeacuteticas e
farmacecircuticas com capacidades de humedecer as camadas externas da pele para isso na produccedilatildeo
destas substacircncias satildeo utilizadas principalmente trecircs tipos de ingredientes (1) os humectantes que
Incluem a glicerina a ureia e o aacutecido carboxiacutelico da pirrolidona (PCA) que atuam atraindo a aacutegua das
camadas inferiores da derme e ajudando a manter essa aacutegua no estrato coacuterneo (2) os agentes oclusivos
que aumentam os niacuteveis de humidade proporcionando uma barreira fiacutesica para a perda de aacutegua (ceras
oacuteleos e silicones) (3) os emolientes que procuram restaurar os NMF [21]
2311 O gel para utilizaccedilatildeo com os eleacutetrodos
O gel utilizado nos eleacutetrodos serve para (1) assegurar um bom contacto eleacutetrico com a pele do
paciente (2) facilitar a transferecircncia de carga na interface eleacutetrodo-eletroacutelito e assim (3) diminuir
a impedacircncia do estrato coacuterneo [14]
Existem dois tipos de gel o gel huacutemido normalmente denominados como pasta creme ou
substacircncia gelatinosa e o hidrogel Os primeiros satildeo geralmente compostos por aacutegua um agente
espessante bactericidasfungicidas sais ioacutenicos e um surfatante O sal ioacutenico tem como finalidade
conferir condutividade eleacutetrica ao gel e diminuir a impedacircncia eleacutetrica da pele atraveacutes da sua difusatildeo
na mesma Normalmente os sais utilizados satildeo o cloreto de soacutedio (NaCl) ou de potaacutessio (KCl) uma vez
que a maior parte dos iotildees presentes na superfiacutecie da pele humana satildeo o cloreto o soacutedio e o potaacutessio
permitindo assim que elevadas concentraccedilotildees destes sais sejam melhor toleradas pelo corpo
[14][18][22] Por outro lado o hidrogel eacute um gel soacutelido que incorpora hidrocoloacuteides naturais no
entanto a utilizaccedilatildeo destes agentes naturais por vezes provoca desempenhos variaacuteveis e cores pouco
atrativas levando assim agrave utilizaccedilatildeo de hidrocoloacuteides artificiais de modo a eliminar variabilidades
indesejadas
O hidrogel tecircm tendecircncia a causar menos irritaccedilotildees na pele quando comparado com o gel huacutemido
porque o hidrogel limita-se a garantir um bom contato eleacutetrico entre a pele e o eleacutetrodo sem afetar
as propriedades do stratum corneum [14]
14
14
O hidrogel eacute eletricamente mais resistivo do que o gel no entanto esta desvantagem eacute
compensada tanto pela utilizaccedilatildeo de maiores aacutereas com hidrogel como tambeacutem pela diminuiccedilatildeo da
espessura da camada do mesmo Contudo isto natildeo eacute suficiente uma vez que o hidrogel natildeo eacute tatildeo
eficaz na hidrataccedilatildeo da pele (tem tendecircncia a absorver humidade) dando assim como resultado um
aumento na impedacircncia da pele [14]
24 Teacutecnicas de revestimento da prata com cloreto de prata
Finas camadas de um determinado metal depositado sobre um substrato desemprenham
muitas vezes uma funccedilatildeo essencial em muitos dispositivos como por exemplo nos circuitos integrados
No caso dos eleacutetrodos eacute necessaacuterio revestir os fios de prata com finas camadas de cloreto de prata
com o intuito de auxiliar a concretizaccedilatildeo das trocas ioacutenicas referidas no capiacutetulo 1 equaccedilatildeo (1) de
modo a ter-se uma transduccedilatildeo do sinal ioacutenico num sinal eleacutetrico de forma eficaz e reversiacutevel Estas
camadas devem apresentar caracteriacutesticas rigorosamente controladas A espessura a estrutura
atoacutemica e a composiccedilatildeo quiacutemica devem ser uniformes [14][18] Eacute tambeacutem importante que exista
pouca ou nenhuma contaminaccedilatildeo por outras partiacuteculas
As propriedades dos filmes satildeo altamente dependentes dos processos de deposiccedilatildeo Estes
devem ter boa aderecircncia e prover uma boa cobertura Deste modo para a preparaccedilatildeo da prata para
eleacutetrodos a teacutecnica a utilizar deve ser a deposiccedilatildeo eletroquiacutemica atraveacutes de um processo que envolve
a deposiccedilatildeo de um material soacutelido por meio de uma reaccedilatildeo quiacutemica com ou sem recurso a energia
externa Neste caso os substratos de prata satildeo submersos numa soluccedilatildeo contendo um agente oxidante
(por exemplo cloreto feacuterrico) produzindo assim uma fina camada de cloreto de prata ( ( 4)
Ag + + FCl3 FeCl2 + Ag ( 4 )
Em geral a deposiccedilatildeo por electroless plating de um metal envolve a deposiccedilatildeo de um
revestimento metaacutelico a partir dos seus iotildees presentes num banho aquoso sobre uma superfiacutecie atraveacutes
de uma reaccedilatildeo de reduccedilatildeo quiacutemica controlada que eacute ativada pelo metal que estaacute a ser depositado
(reduzido) [23] Os revestimentos obtidos atraveacutes da implementaccedilatildeo desta teacutecnica satildeo geralmente
uniformes duros com elevadas resistecircncias agrave corrosatildeo e ao desgaste e apresentam baixo coeficiente
de fricccedilatildeo [24][25]
Existe contudo uma enorme variedade de meacutetodos eletroquiacutemicos que permitem a
oxidaccedilatildeodeposiccedilatildeo de finas camadas de cloreto de prata tais como a deposiccedilatildeo assistida por plasma
ou por feixes de iotildees o sputtering a deposiccedilatildeo quiacutemica e a deposiccedilatildeo fiacutesica em fase de vapor etc
[25] Todavia a execuccedilatildeo destes processos envolve a utilizaccedilatildeo de equipamentos altamente
especializados em ambiente de vaacutecuo vaacuterias soluccedilotildees e um campo eleacutetrico de modo a possibilitar a
transformaccedilatildeo de energia quiacutemica em energia eleacutetrica e vice-versa Finalmente um meacutetodo tambeacutem
bastante usado eacute a sinterizaccedilatildeo de poacute de cloreto de prata sobre o substrato metaacutelico dando origem
a um revestimento espesso e poroso
15
15
25 Novo conceito de eleacutetrodo
O desenvolvimento do novo tipo de bioeleacutetrodo busca
colmatar as lacunas presentes nos eleacutetrodos disponiacuteveis
comercialmente (dos tipos huacutemido e seco) Tentando manter as
melhores carateriacutesticas de cada tipo de eleacutetrodo Para isso eacute
necessaacuterio desenvolver o eleacutetrodo com materiais condutores que
possibilitem as trocas ioacutenicas e aleacutem disso tenha a capacidade
de manter huacutemido o ponto de contacto com a pele de forma a
diminuir a impedacircncia na interface mas sem usar pastas ou gel
que sujam a pele
A hidrataccedilatildeo da pele por via externa nos ensaios a
realizar eacute feita atraveacutes da aplicaccedilatildeo de diferentes soluccedilotildees
hidratantes que se encontram embebidas numa esponja num
reservatoacuterio existente no eleacutetrodo (Figura 8) Estas soluccedilotildees tecircm a capacidade de migrar atraveacutes do
eleacutetrodo atraveacutes do efeito de capilaridade e gravidade uma vez que a base do eleacutetrodo eacute feita de
policarbonato com porosidade aberta adequada ao fenoacutemeno da capilaridade
O desenvolvimento deste bioeleacutetrodo inovador possibilita tambeacutem uma colocaccedilatildeo raacutepida
coacutemoda e segura Uma vez que estes passam a ser colocados com uma touca
Finalmente eacute tambeacutem importante referir que a forma do eleacutetrodo em multipino permitiraacute
numerosos pontos de contacto de modo a minimizar a impedacircncia do mesmo contribuindo para a
obtenccedilatildeo de melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
26 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
O ruiacutedo eacute um sinal interferente de natureza aleatoacuteria que provoca a degradaccedilatildeo de sinal
durante o seu processamento Em eletroacutenica diz respeito a quaisquer correntes ou tensotildees indesejadas
que mascaram o sinal que realmente interessa
Nos dispositivos e circuitos eletroacutenicos existem inuacutemeras fontes de ruiacutedo dai a importacircncia
na sua caraterizaccedilatildeo
Um tipo importante de ruiacutedo eacute o ruiacutedo de Johnson-Nyquist presente nos portadores de carga
e em todos os elementos com resistecircncia eleacutetrica Este tipo de ruiacutedo eacute caraterizado por uma densidade
espectral de potecircncia (do inglecircs power spectral density - PSD) uniforme e forma de onda gaussiana
[26]
O ruiacutedo de Johnson-Nyquist eacute comumente chamado ruiacutedo teacutermico e a sua tensatildeo eficaz pode
ser calculado atraveacutes da ( 5 para uma resistecircncia eleacutetrica R
Vt= radic4∙k∙T∙B∙R=radic16times1020
∙B∙R ( 5 )
Figura 8 Eleacutetrodo de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios A representa o fio de prata B a soluccedilatildeo condutora C a esponja do reservatoacuterio e D material de policarbonato de natureza porosa onde se estabelece o contacto com a pele
16
16
onde k representa a constante de Boltzmann em JK T a temperatura da resistecircncia em K B
a banda equivalente de ruiacutedo e R o valor da resistecircncia em Ohm
Para o caacutelculo da banda equivalente de ruiacutedo considera-se que o sistema tem uma funccedilatildeo de
transferecircncia do tipo 1198810
119881119894frasl = 119860(119895119891) e estaacute sujeito a uma entrada de ruiacutedo de PSD 119878119881119894
Deste modo
obtemos que o valor meacutedio da tensatildeo de ruiacutedo na saiacuteda para um amplificador seraacute
1198811198990
2 = int 119878119881119894 |A(jf)|2 partfinfin
0
( 6 )
Sendo |119860(119895119891)| usualmente uma funccedilatildeo do tipo
Figura 9 Funccedilatildeo de um filtro passa-baixos |119912(119947119943)|
Uma vez que as regiotildees sombreadas satildeo iguais pode-se simplificar o caacutelculo atraveacutes da aacuterea
de um retacircngulo com a mesma aacuterea que o quadrado da funccedilatildeo de transferecircncia Temos entatildeo que a
banda equivalente eacute dada por
B=1
|A0|2int |A(jf)|2 partf
infin
0
( 7 )
Outro tipo de ruiacutedo presente nos equipamentos eletroacutenicos que eacute interessante estudar eacute o
ruiacutedo ldquoshotrdquo ou ruiacutedo de corrente (Ish) que como o nome indica estaacute associado agrave corrente DC que
flui atraveacutes de uma barreira de potencial e pode ser representado por
Ish= radic2∙q∙IDc∙B ( 8 )
Onde q representa a carga eletroacutenica em coulomb e IDC a corrente contiacutenua meacutedia em ampere
Finalmente outro tipo de ruiacutedo a estudar seraacute o ruiacutedo 1f ldquoflickerrdquo ou ruiacutedo de contacto (If)
que ocorre devido agraves diferenccedilas nos niacuteveis de energia eleacutetricos quando existe um contato imperfeito
entre dois materiais Este tipo de ruiacutedo pode ser calculado atraveacutes de
119868119891 = 119870 ∙ 119868119863119888 ∙ radic119861
radic119891 ( 9 )
Onde K eacute um valor constante que depende do material e da geometria
A baixas frequecircncias este ruiacutedo eacute chamado de ruiacutedo ldquo1frdquo devido agrave tendecircncia caracteriacutestica
de decrescimento com a frequecircncia Eacute importante notar que a magnitude do ruido ldquoflickerrdquo pode ser
17
17
muito grande para pequenas frequecircncias o que leva a que seja a forma de ruiacutedo predominante em
circuitos de baixa frequecircncia
Considerando o ruiacutedo total como adiccedilatildeo das contribuiccedilotildees dos vaacuterios tipos de ruiacutedo na
configuraccedilatildeo eleacutetrica adotada para um amplificador pode-se considerar que o ruiacutedo na entrada segue
a representaccedilatildeo da Figura 10 da qual eacute possiacutevel retirar que
1198681198992 =
1198811198991199052 minus 119881119899
2 minus 1198811199052
1198771199042 ( 10 )
Na praacutetica In pode ser calculado atraveacutes da PSD do ruiacutedo total obtido com uma resistecircncia
elevada de modo a que 1198811198990≫ 119860radic119881119899
2 ∙ 1198811199052 e que Vn eacute a PSD do sistema com a entrada em curto circuito
Figura 10 Circuito representativo dos componentes do ruiacutedo do amplificador na entrada segundo o modelo Vn-In
No corpo humano a captaccedilatildeo dos biopotenciais no escalpe estaacute sujeita agrave presenccedila de ruiacutedo
eleacutetrico intriacutenseco indesejado na interface eleacutetrodogelpele que faz com que o processo de deteccedilatildeo
e anaacutelise dos sinais bioloacutegicos reais seja mais complicado Eacute necessaacuterio por isso caracterizar e
conhecer a magnitude e origem destas flutuaccedilotildees de modo a caraterizar a qualidade dos eleacutetrodos
desenvolvidos
O ruiacutedo eleacutetrodo-pele pode estar ligado agrave interface entre o eleacutetrodo e o eletroacutelito ou entatildeo
agrave interface eletroacutelito-pele No primeiro caso esta situaccedilatildeo pode ser mensurada atraveacutes da colocaccedilatildeo
de eleacutetrodos do mesmo tipo um contra o outro Por outro lado o ruiacutedo produzido pela interface
eletroacutelito-pele deve ser mensurado de uma forma indireta atraveacutes do contacto direto entre o eleacutetrodo
e a pele Nesta situaccedilatildeo o ruiacutedo eacute tipicamente mais elevado do que o que se obteacutem na interface
eleacutetrodo-eletroacutelito [3] Uma vez que os resultados obtidos nestes ensaios dependem diretamente do
estado da pele eacute importante garantir um tratamento preacutevio adequado
18
18
261 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio do tempo RMS e Deriva do potencial
A raiz do valor quadraacutetico meacutedio RMS (do inglecircs root mean square) ou valor eficaz eacute uma
medida estatiacutestica da magnitude de uma quantidade variaacutevel que pode ser calculada atraveacutes da
expressatildeo
120600119877119872119878 = radic1
119873 sum120600119894
2
119873
119894=1
= radic1206001
2 + 12060022 + ⋯+ 120600119873
2
119873 ( 11 )
Nos sinais a estudar satildeo calculados os valores RMS da parte alternada do sinal em intervalos
de tempo sucessivos Destes valores eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees acerca da evoluccedilatildeo temporal do
sinal assim como a quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo
Por outro lado a deriva do potencial eacute calculada recorrendo agrave primeira derivada do sinal nos
diferentes pontos pela componente contiacutenua do sinal sendo portanto de natureza lenta Eacute possiacutevel
por isso analisar a deriva do potencial e o tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema atraveacutes do recurso desde
caacutelculo
262 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio das frequecircncias Densidade espectral
A densidade espectral de potecircncia PSD eacute definida pela transformada de Fourier da funccedilatildeo
de autocorrelaccedilatildeo (Rxx (120591)) de um processo estacionaacuterio ou seja
Teorema de Wiener-Khintchine 119878119909(119891) = F[Rxx(120591)]= int Rxx(120591)119890minus 1198952120587119891120591119889120591infin
minusinfin
( 12 )
Por outras palavras a PSD descreve a distribuiccedilatildeo da variacircncia de um processo aleatoacuterio no
domiacutenio da frequecircncia [27][28]
No Matlab esta estimaccedilatildeo eacute feita atraveacutes da funccedilatildeo pwelch jaacute implementada esta segue o
meacutetodo Welch para o caacutelculo da PSD Este meacutetodo eacute baseado no conceito de utilizaccedilatildeo de
periodogramas de estimaccedilatildeo espectral que satildeo o resultado da conversatildeo de um sinal no domiacutenio
temporal para o domiacutenio da frequecircncia [29] Para isso o meacutetodo Welch segue o fundamento do
meacutetodo Bartlett contudo permite a sobreposiccedilatildeo de segmentos [30]
O meacutetodo Bartlett consiste primeiramente na divisatildeo do segmento original de N amostras em
K segmentos de comprimento M Para cada segmento eacute obtido o periodograma calculado atraveacutes da
transformada discreta de Fourier de seguida eacute calculado o quadrado do resultado e dividido por M
Finalmente eacute feita a meacutedia do resultado dos periodogramas para todos os segmentos de K amostras
resultando num uacutenico vetor de potenciais em funccedilatildeo da frequecircncia Ou seja a reparticcedilatildeo da potecircncia
ao longo do espetro [28]
19
19
27 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo da impedacircncia
Um sistema eletroquiacutemico eacute aquele onde haacute a presenccedila de pelo menos uma fase condutora
eletroacutenica (eleacutetrodo) em contato direto com uma fase condutora ioacutenica (eletroacutelito) as quais originam
a interface eleacutetrodo-eletroacutelito onde se forma duma dupla camada eleacutetrica
A mediccedilatildeo da impedacircncia eletroquiacutemica em modo potenciostaacutetico eacute feita atraveacutes da
aplicaccedilatildeo de um sinal de potencial eleacutetrico sinusoidal 119881(119905) com cerca de 5 a 20 mV numa ceacutelula
eletroquiacutemica Satildeo medidas a resposta na forma de corrente eleacutetrica 119868(119905) e diferenccedila de fase entre
o sinal de potencial e o sinal da corrente [31] Ao medir a corrente alternada que atravessa a ceacutelula
eletroquiacutemica obtemos a impedacircncia Z da forma convencional 119885 = 119881119868 [32] Refira-se que a obtenccedilatildeo
da impedacircncia pode igualmente ser feita impondo uma perturbaccedilatildeo de corrente e medindo o
potencial A impedacircncia do eleacutetrodo reflete entatildeo a capacidade do eleacutetrodo para transferir carga a
determinada frequecircncia [32][33]
Deste modo tem-se se os valores da tensatildeo alternada V(t) e da intensidade I(t) forem
representados por
V(t)=V0∙ cos ωt
( 13 )
I(t)=I0∙ cos (ωt+φ) ( 14 )
No qual V0 representa a amplitude de pico do sinal 120596 a frequecircncia angular (120596 = 2120587119891) I0 a
amplitude do sinal de corrente e 120593 a diferenccedila de fase entre os dois sinais
Pela equaccedilatildeo de Euler
eiφ= cos φ +j sin φ ( 15 )
temos entatildeo que se φ=120596119905
V(t)= V0∙Re(ejωt) ( 16 )
representando essa tensatildeo alternada como uma parte real de uma grandeza complexa
temos que V(t) eacute equivalente a
V(t)=V0∙Re(119888119900119904120596119905 + 119895 ∙ 119904119894119899 120596119905) ( 17 )
Por outro lado atendendo agrave Equaccedilatildeo de Euler acima descrita a corrente eleacutetrica gerada
por um elemento de circuito em resposta a uma tensatildeo alternada pode ser escrita como
I(t)=I0∙Re(119890(120596119905+120593))
( 18 )
Deste modo a impedacircncia fica
Z(ω)=Z0∙ejφ
( 19 )
e aplicando a equaccedilatildeo de Euler
Z(ω)=Z ( cos φ + j sin φ ) ( 20 )
20
20
Obtemos uma equaccedilatildeo composta de uma parte real e uma parte imaginaacuteria possibilitando
assim a sua representaccedilatildeo num plano cartesiano onde a parte real corresponderaacute ao eixo das abcissas
e a parte imaginaria ao eixo das ordenadas (Diagrama de Nyquist)
Pode-se tambeacutem representar a impedacircncia como um vetor no plano complexo
Z (ω)=Re[Z(ω)]i +Im[Z(ω)]j ( 21 )
E se Z0 for o moacutedulo da impedacircncia a parte real de 119885(120596) escreve-se
Z=Z0∙ cos φ
( 22 )
sendo a parte imaginaacuteria representada por
Z=Z0∙ sin φ
( 23 )
que segundo a representaccedilatildeo de Fresnel corresponde a
Z(ω)=Z+ j Z
( 24 )
ou seja
1198850=|Z(ω)|=radicZ2+ Z
2 ( 25 )
e
tan φ = Z
Zfrasl ( 26 )
Os diagramas de Nyquist satildeo uacuteteis para reconhecer o tipo de processo envolvido Os diagramas
de Bode por outro lado mostram a dependecircncia direta do acircngulo de fase com a frequecircncia Este
uacuteltimo eacute particularmente interessante em escalas de frequecircncia muito diferentes uma vez que eacute
frequentemente representado atraveacutes da escala logariacutetmica portanto os resultados nos capiacutetulos
subsequentes seratildeo apresentados neste formato
21
21
A teacutecnica de Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica (do inglecircs Electrochemical
Impedance Spectroscopy - EIS) fornece uma visatildeo completa e detalhada das caracteriacutesticas eleacutetricas
da interface eleacutetrodo-eletroacutelito quando efetuada
numa gama suficientemente largada de frequecircncias
Na Figura 11 estaacute representado um esquema da
montagem experimental para mediccedilatildeo da
impedacircncia As reaccedilotildees eletroquiacutemicas satildeo em
essecircncia reaccedilotildees quiacutemicas em que ocorrem
transferecircncia de eletrotildees para um eleacutetrodo e como
regra ocorrem de acordo com princiacutepios quiacutemicos
gerais Haacute contudo certas caracteriacutesticas das
reaccedilotildees eletroquiacutemicas que satildeo uacutenicas Algumas
delas envolvem a transferecircncia de eletrotildees atraveacutes
de uma interface (reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo) o
que acarreta uma dependecircncia com as dimensotildees e
aacuterea do eleacutetrodo assim como tambeacutem das
propriedades da interface com o eleacutetrodo
Eacute habitual que os eleacutetrodos de AgAgCl apresentem potenciais relativamente baixos e
estaacuteveis Portanto a deposiccedilatildeo da camada de AgCl estabilizaraacute o potencial do eleacutetrodo e reduziraacute os
niacuteveis de impedacircncia Eacute de salientar que impedacircncias aceitaacuteveis para os eleacutetrodos de superfiacutecie devem
encontrar-se abaixo dos 5 k uma vez que quanto maior a impedacircncia maior seraacute a resistecircncia do
eleacutetrodo agrave passagem de corrente No entanto valores de 10 k ou mesmo 40 K ainda satildeo
considerados aceitaacuteveis dependendo dos autores [34][35]
Figura 11 Esquema representativo do ensaio potenciostaacutetico para mediccedilatildeo da impedacircncia
22
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Capiacutetulo 3 Materiais e meacutetodos
Materiais e meacutetodos
31 Preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes
Na preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes dissolveu-se cloreto de soacutedio (NaCl) em aacutegua
adicionando de seguida um tensioativo (tweencopy-80) e um humectante (propilenoglicol) As
concentraccedilotildees destes componentes variaram nas 3 soluccedilotildees conforme referido na Tabela 2 Conveacutem
referir que cada componente foi dissolvido em constante e contiacutenua agitaccedilatildeo numa placa de
agitaccedilatildeo tendo-se misturado primeiro o propilenogicol com o tweencopy e soacute depois com os restantes
compostos
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas
COMPONENTE INFORMACcedilAtildeO DO COMPONENTE SOLUCcedilAtildeO
1 2 3
NaCl (mV) VWR-BDH Prolabo Lote 27810295
09 09 09
Tweencopy-80 (VV) Acofarma
Lote 130287 3 3 5
Propilenoglicol(VV) Acofarma
Lote 131337 10 30 30
Aacutegua (VV) - qbp 100 qbp 100 qbp 100
A biocompatibilidade das mateacuterias-primas empregues para a obtenccedilatildeo das soluccedilotildees torna este
novo conceito de eleacutetrodo uma alternativa promissora para utilizaccedilatildeo cliacutenica Esta biocompatibilidade
estaacute inversamente relacionada com a concentraccedilatildeo de cloretos de soacutedio ou seja quanto menor a
concentraccedilatildeo tanto maior a biocompatibilidade das soluccedilotildees Por esse motivo as soluccedilotildees
desenvolvidas contavam com pequenas concentraccedilotildees de sais de modo a ser o mais semelhante
possiacutevel aos componentes ioacutenicos da proacutepria pele humana
24
24
32 Produccedilatildeo dos novos eleacutetrodos
321 Produccedilatildeo da estrutura porosa de policarbonato
A produccedilatildeo da estrutura porosa (wicks) foi realizada atraveacutes da sinterizaccedilatildeo de poacutes de
policarbonato (PC)
No que diz respeito ao processo de fabrico propriamente
dito o primeiro passo consistiu na moagem da mateacuteria-prima
(policarbonato) de seguida estas partiacuteculas foram sinterizadas
atraveacutes de um equipamento designado por cilindro de sinterizaccedilatildeo
Este cilindro foi aquecido a uma temperatura de asymp170degC e atingida
esta gama de temperaturas colocaram-se as partiacuteculas no molde
ldquoWickrdquo com as dimensotildees apresentadas na Figura 12 que se
encontrava dentro do cilindro central Procedeu-se
imediatamente ao encaixe do pistatildeo no cilindro central Para
finalizar mergulhou-se em aacutegua fria o cilindro central contendo o
molde deixando de seguida secar agrave temperatura ambiente [36]
322 Preparaccedilatildeo dos eleacutetrodos de pratacloreto de prata
Para a deposiccedilatildeo da camada de cloreto de prata nos fios de prata recorreu-se a uma teacutecnica
de deposiccedilatildeo quiacutemica Para isso os fios de prata (Ag) (diacircmetro = 250 miacutecron 9999 Goodfellow
Cambridge) foram oxidados com uma soluccedilatildeo de cloreto de ferro (III) (MERCK Lote 7705-08-0) apoacutes
um preacute-tratamento que permitiu a remoccedilatildeo de impurezas e sujidades presentes na superfiacutecie dos fios
Este preacute-tratamento consistiu na limpeza da superfiacutecie dos fios com 2-propanol e posterior imersatildeo
dos mesmos numa tina de ultrassons com 2-propanol durante 10 minutos De seguida mergulharam-
se os fios de prata em aacutegua destilada de forma a remover todo o 2-propanol presente Finalmente
o processo de oxidaccedilatildeo consistiu em submergir os fios de prata numa soluccedilatildeo aquosa de FeCl3 50 mM
durante 2 minutos ao finalizar este periacuteodo foram armazenados durante 24h num recipiente revestido
com folha de alumiacutenio que possuiacutea uma soluccedilatildeo de HCl 01M para estabilizaccedilatildeo Os fios que natildeo foram
utilizados imediatamente foram armazenados num recipiente revestido com folha de alumiacutenio com
uma soluccedilatildeo de HCl 0005M O comprimento de cada fio de prata eacute aproximadamente de 8 cm
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato
25
25
323 Montagem dos eleacutetrodos
Apoacutes o fabrico da estrutura porosa e da preparaccedilatildeo dos
fios de prata procedeu-se agrave montagem dos eleacutetrodos para isso
cortaram-se pequenas porccedilotildees de uma esponja em poliuretano
com configuraccedilatildeo ciliacutendrica e um diacircmetro semelhante ao da
parte superior da estrutura porosa De seguida atravessou-se esta
esponja com o fio de prata e inseriu-se o conjunto ldquoesponja +
arame de pratardquo dentro de um orifiacutecio superior que a estrutura
porosa possui Finalmente incorporou-se esta estrutura dentro de
um tubo de PVC de modo a atingir a configuraccedilatildeo apresentada na
Figura 13
33 Preparaccedilatildeo dos ensaios
Antes do iniacutecio dos ensaios os eleacutetrodos foram previamente lavados com 2-propanol e
colocados na estufa de modo a evaporar os resiacuteduos do aacutelcool Posteriormente foi aplicada a soluccedilatildeo
hidratante que se pretendia estudar de modo a que a esponja ficasse completamente embebida Desta
forma por uma parte os novos eleacutetrodos em estudo foram testados recorrendo agraves soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 e por outra os eleacutetrodos que serviram como controlo (eleacutetrodo de AgAgCl
(BIO EASYCAP GmbH Alemanha)) utilizaram o gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) Foram tambeacutem utilizados eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) como referecircncia
Para os estudos eletroquiacutemicos incorporaram-se os eleacutetrodos numa montagem constituiacuteda por
um potenciostatogalvanostato Gamry G-300 (Gamry Instruments USA) De modo a diminuir o ruiacutedo
eletroacutenico os ensaios foram todos realizados dentro de uma Gaiola de Faraday Eacute importante referir
que uma vez o nosso sistema de aquisiccedilatildeo de dados era ldquoearth groundedrdquo seguiu-se a sugestatildeo da
bula do Gamry e optou-se unicamente por ligar o ldquofloating groundrdquo agrave gaiola
34 Condiccedilotildees dos ensaios
A primeira parte do trabalho foi desenvolvida laquoIn vitroraquo com eleacutetrodos multipino foi feito
entatildeo um estudo do ruido eletroquiacutemico entre eleacutetrodos do mesmo tipo nas diferentes soluccedilotildees
referidas na Tabela 2 De seguida realizou-se um estudo das impedacircncias dos novos eleacutetrodos nas
diferentes soluccedilotildees seguidos por um estudo de controlo realizado nas mesmas condiccedilotildees com o
eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente e o correspondente gel hidratante Estes ensaios foram
reproduzidos 3 vezes uma vez que em estudos anteriores jaacute se tinha verificado uma boa
reprodutibilidade dos ensaios
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios
26
26
Na segunda fase dos estudos realizou-se uma avaliaccedilatildeo do ruido da impedacircncia vs frequecircncia
laquoIn vivoraquo com as diferentes soluccedilotildees Estes ensaios foram realizados em 8 voluntaacuterios saudaacuteveis 6 do
sexo feminino e 2 do masculino Deste modo consegue-se escolher uma soluccedilatildeo para avanccedilar ao
estaacutegio seguinte que consistia na mediccedilatildeo e comparaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos obtidos tanto
com os eleacutetrodos de controlo como com os eleacutetrodos multipino porosos com a soluccedilatildeo hidratante mais
adequada Os resultados foram obtidos com a participaccedilatildeo de 2 voluntaacuterios saudaacuteveis de ambos sexos
341 Ensaios laquoIn vitroraquo
3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito
Nos ensaios de ruiacutedo eletroquiacutemico apenas foram utilizados eleacutetrodos multipino porosos
Fig14 (b) sendo um ligado ao terminal do eleacutetrodo de trabalho e o outro ao terminal do eleacutetrodo de
referecircncia A distacircncia entre os eleacutetrodos foi controlada durante o decorrer dos ensaios optando-se
por uma distacircncia de 3 cm entre os dois eleacutetrodos Foi tambeacutem realizada uma montagem de controlo
nas mesmas condiccedilotildees contudo esta era constituiacuteda por dois eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel
Electro-Cap International Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA)
Estabelecida a montagem do sistema eletroacutenico procedeu-se agrave mediccedilatildeo do ruiacutedo eleacutetrico em
circuito aberto para isso recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software ldquoESA410 Data Acquisitionrdquo da Gamry
um software projetado especificamente para a aquisiccedilatildeo e anaacutelise de sinais de ruiacutedo eletroquiacutemico
[37] Para aquisiccedilatildeo dos dados o ESA410trade associa-se ao potenciostato Gamry que faz aquisiccedilatildeo dos
dados em modo potenciostaacutetico a recolha dos dados eacute feita em circuito aberto O teste para cada
eleacutetrodo foi realizado ao longo de 12 minutos com uma taxa de amostragem constante de 1000 Hz
ao longo de todo o teste e um filtro de 10 A frequecircncia de amostragem foi escolhida tendo em conta
o Teorema de Nyquist que afirma que a frequecircncia de amostragem de um sinal analoacutegico para que
possa posteriormente ser reconstituiacutedo com o miacutenimo de perda de informaccedilatildeo deve ser igual ou maior
a duas vezes a maior frequecircncia do espectro desse sinal 119861 le119891119904
2 Por outras palavras a frequecircncia
maacutexima do sinal de entrada deveraacute ser menor ou igual a metade da taxa de amostragem [38] Para
que isto seja conseguido o sistema incorpora um filtro passa-baixo ldquoanti-aliasrdquo (deixa passar baixas
frequecircncias mas atenua as frequecircncias maiores do que a frequecircncia de Nyquist) [39]
3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito
Na montagem eletroacutenica dos ensaios de impedacircncia o contra eleacutetrodo era representado por
um eleacutetrodo comercial de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) o eleacutetrodo de trabalho um
eleacutetrodo poroso multipino (cada ensaio com as suas diferentes soluccedilotildees) e o eleacutetrodo de referecircncia
um eleacutetrodo de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) Fig14 (a) Optou-se tambeacutem pela
27
27
implementaccedilatildeo de um controlo com eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap International
Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap International Inc USA)
A obtenccedilatildeo dos dados eacute feita atraveacutes da teacutecnica de espectroscopia de impedacircncia
eletroquiacutemica em modo potenciostaacuteticordquo presente no software EIS300TM da Gamry neste modo de
funcionamento eacute aquirido um espectro de impedacircncia ao longo do intervalo de frequecircncias de 10 kHz
ateacute 01 Hz com uma tensatildeo AC aplicada (5 mV RMS) da tensatildeo de desvio DC (0 V vs circuito aberto)
e representados 3 pontos por deacutecada
(a) (b)
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo
342 Ensaios laquoIn vivoraquo
3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele
De modo a mensurar o ruiacutedo
causado pela interface entre o eletroacutelito e
a pele procedeu-se agrave montagem de um
sistema semelhante ao utilizado nos
ensaios do ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito dentro
de uma gaiola de Faraday contudo estes
ensaios foram realizados laquoIn vivoraquo
procedendo-se agrave colocaccedilatildeo dos dois
eleacutetrodos na zona anterior da tiacutebia com
um espaccedilo entre eles de 3 cm (Figura 15)
apoacutes a superfiacutecie da pele ter sido limpa
com etanol a 70
A montagem contava com um sistema de seguranccedila inserido em seacuterie no sistema de mediccedilatildeo
e que corta a corrente se esta for superior a 100 microA
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
28
28
A mediccedilatildeo do ruido foi feita tendo em conta o tipo de eleacutetrodo tendo-se para isso optado por
fazer as mediccedilotildees com eleacutetrodos do mesmo tipo ou seja num primeiro ensaio mensurou-se o ruido
entre 2 eleacutetrodos de pratacloreto de prata com o respetivo gel hidratante e numa segunda
abordagem optou-se por mensurar o ruido entre dois dos eleacutetrodos porosos com as diferentes soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 Contudo foi controlada a pressatildeo da banda que fixava os eleacutetrodos porosos
agrave tiacutebia sendo estipulado o valor da pressatildeo no intervalo de 15N a 2N
Neste ensaio o primeiro eleacutetrodo encontra-se ligado aos terminais dos eleacutetrodos de trabalho
o segundo ao terminal da referecircncia e o cabo do ground foi ligado agrave gaiola
Os paracircmetros dos ensaios foram os mesmos que os utilizados para a mediccedilatildeo do ruido
eleacutetrodo-eletroacutelito apresentados na secccedilatildeo 3411 contudo o tempo de aquisiccedilatildeo de sinal foi
reduzido a 5 minutos de modo a minorar o tempo de exposiccedilatildeo dos voluntaacuterios aos exames
3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele
laquoIn vivoraquo estes ensaios foram feitos logo
apoacutes a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico portanto a
superfiacutecie da pele se encontrava limpa e a
colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos obedecia agrave regra dos 3 cm
de distacircncia entre eleacutetrodos e 15-2N de pressatildeo
Para a mediccedilatildeo da impedacircncia eacute utilizada uma
configuraccedilatildeo diferente como referido no capitulo
33 Satildeo portanto utilizados 2 eleacutetrodos
comerciais de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH
Alemanha) um como referecircncia e outro como
contra eleacutetrodo e o eleacutetrodo em estudo
propiamente dito seja este o comercial (controlo)
ou o novo eleacutetrodo (Figura 16)
Os resultados obtidos para as diferentes
frequecircncias aleacutem de poderem ser representados
pelo diagrama de Nyquist como referido anteriormente podem tambeacutem ser representados num
Diagrama de Bode Neste diagrama a distribuiccedilatildeo dos valores de impedacircncia por vaacuterias ordens de
grandeza eacute representada em coordenadas polares (magnitude log|119885| em funccedilatildeo de log120596 )
3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos primariamente limpou-se a superfiacutecie do
escalpe com aacutelcool a 70 de modo a minimizar a camada gordurosa da pele De seguida procedeu-se
agrave colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos Foram colocados dois eleacutetrodos de AgAgCl (comerciais) um de forma a
servir como controlo (posiccedilatildeo O2) e outro em curto-circuito com o ground e a referecircncia (posiccedilatildeo
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino
durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia
29
29
Fp2) O eleacutetrodo poroso em estudo colocou-se a cerca de 3 cm do eleacutetrodo de AgAgCl posiccedilatildeo O2
de modo a captar o mesmo sinal que o obtido pelo eleacutetrodo de controlo (Figura 17)
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos
35 Implementaccedilatildeo em Matlab
Apoacutes a importaccedilatildeo do ficheiro obtido nos ensaios de ruiacutedo para o Matlab foi criado um filtro
Butterworth de ordem 20 de 05 ateacute 40 Hz atraveacutes da funccedilatildeo jaacute implementada pelo Matlab
ldquofdesignbandpassrdquo De seguida eacute aplicado o filtro duas vezes A primeira desde o primeiro ponto ateacute
o uacuteltimo e o segundo na ordem inversa Deste modo consegue-se natildeo soacute uma filtragem dupla mas
tambeacutem o cancelamento da fase dos filtros Assim efetivamente o filtro utilizado eacute de ordem 40 de
fase nula
De seguida eacute dividido o ensaio em segmentos de 30 segundos rejeitando os primeiros 10
segundos do ensaio Para cada segmento natildeo sobreposto eacute calculado o valor RMS da tensatildeo a
densidade espectral de potecircncia atraveacutes da estimaccedilatildeo pwelch do Matlab e o declive meacutedio (primeira
derivada do sinal) Contudo no final eacute calculada tambeacutem a densidade espectral de potecircncia global
que eacute expressa em dB
30
30
31
31
Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos
Resultados obtidos e discussatildeo
41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo
411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos
eleacutetrodos
Neste estudo eacute de extrema relevacircncia a eleiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante a utilizar Para isso
recorreu-se agrave realizaccedilatildeo de vaacuterios ensaios que possibilitassem uma avaliaccedilatildeo objetiva da resposta do
sistema Efetuou-se entatildeo primeiro uma anaacutelise do ruiacutedo ao longo de 12 minutos com os eleacutetrodos
multipino nas diferentes soluccedilotildees (um medido contra o outro) e a respetiva referecircncia de seguida
realizou-se um ensaio para mensurar a resistecircncia agrave passagem de corrente com os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees e a respetiva referecircncia
Assim sendo a Figura 18 revela a impedacircncia dos eleacutetrodos nas diferentes soluccedilotildees testadas
Nesta pode-se observar que a soluccedilatildeo 1 apresenta niacuteveis de impedacircncia ligeiramente mais baixos que
as restantes soluccedilotildees Contudo os seus niacuteveis encontram-se uma deacutecada acima dos valores obtidos
pelo eleacutetrodo e AgAgCl utilizado comercialmente com o respetivo gel hidratante Observa-se ainda
que os desvios padratildeo satildeo tatildeo baixos que quase natildeo satildeo percetiacuteveis o que significa que os ensaios satildeo
bastante reprodutiacuteveis Eacute tambeacutem importante notar que ao longo de todas as frequecircncias testadas
os valores de impedacircncia aleacutem de se encontrarem todos abaixo dos valores maacuteximos permitidos (20-
40 k) [35] encontram-se ainda abaixo dos 5 k referidos como valores de impedacircncia ideal por vaacuterios
fornecedores [40][41] o que eacute de extrema relevacircncia nos passos subsequentes de aquisiccedilatildeo do sinal
uma vez que eacute indispensaacutevel ter baixos niacuteveis de impedacircncia para conseguir captar ondas cerebrais
32
32
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Foram ainda feitas mediccedilotildees de ruiacutedo nas mesmas condiccedilotildees Realizando-se de seguida uma
anaacutelise no domiacutenio temporal e outra no domiacutenio das frequecircncias Para isso como foi referido no
capitulo 35 recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software Matlab A primeira anaacutelise eacute feita no domiacutenio
temporal (Figura 19 (a)) sob a forma de um graacutefico da tensatildeo meacutedia (RMS) em funccedilatildeo do tempo que
eacute obtida apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa-alto de modo a retirar a componente DC do sinal e assim
obter um sinal de ruiacutedo para altas frequecircncias que seraacute representado em periacuteodos de 30 segundos
Deste modo eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees da quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo de
estabilizaccedilatildeo do eleacutetrodo O que se observa eacute que os niacuteveis de ruiacutedo ao longo do tempo variam entre
185 microV ateacute 2 microV o que equivale a uma variaccedilatildeo maacutexima de 015 microV tanto para os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees como para o eleacutetrodo de AgAgCl no respetivo gel hidratante Observa-se
ainda que aleacutem das pequenas variaccedilotildees ao longo do tempo o desvio padratildeo para todas as soluccedilotildees eacute
muito semelhante sugerindo que natildeo haacute diferenccedilas significativas a niacutevel das soluccedilotildees implementadas
Eacute ainda de salientar que natildeo se observa nenhuma evoluccedilatildeo de ruiacutedo ao longo do tempo o que sugere
uma estabilizaccedilatildeo do sistema muito raacutepida A segunda anaacutelise no domiacutenio temporal corresponde ao
declive meacutedio (Figura 19 (b)) foi realizada recorrendo agrave primeira derivada do sinal em DC obtido a
cada 30 segundos Deste graacutefico eacute possiacutevel retirar informaccedilatildeo referente agrave deriva do potencial e ao
tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema Assim recorrendo agrave sua visualizaccedilatildeo observa-se que a
estabilizaccedilatildeo eacute feita de forma semelhante para todas as soluccedilotildees Contudo a soluccedilatildeo 3 apresenta
menos variaccedilotildees ao longo do tempo valores mais proacuteximos de zero e maior reprodutibilidade entre
ensaios Finalmente o teste de controlo efetuado com os eleacutetrodos comerciais de AgAgCl no gel
aparentam ser ligeiramente menos estaacuteveis contudo os valores se encontram na mesma gama de
tensotildees
33
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Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Para concluir realizou-se uma anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias para isso recorreu-se ao
graacutefico da densidade espectral de tensatildeo (Figura 20) Nele observa-se que os resultados do ruiacutedo do
sinal aumentam com a diminuiccedilatildeo das frequecircncias numa proporccedilatildeo 119903119906iacute119889119900 ~ 1 119891119903119890119902119906ecirc119899119888119894119886frasl
confirmando os estudos feitos por E Huigen em 2002 [20] No entanto estes tendem a estabilizar a
partir dos 10 Hz em valores proacuteximos dos -238 dB Eacute de referir que a para frequecircncias elevadas o
sinal de ruiacutedo eacute determinado pelo ruiacutedo do amplificador e natildeo pelo ruiacutedo da interface metal-eletroacutelito
uma vez que este eacute significativamente menor do que o ruiacutedo do amplificador impedindo assim a sua
mediccedilatildeo mesmo com equipamentos de baixo ruiacutedo [20]
34
34
Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
35
35
a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
36
36
Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
37
37
Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
38
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Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
39
39
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
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Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
41
41
Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
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42
Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
43
43
Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
44
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VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
45
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Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
48
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49
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Anexos
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Lista de figuras
Figura 1 Eleacutetrodo de superfiacutecie comercial (Eleacutetrodo de controlo) 4
Figura 2 Corte transversal do bioeleacutetrodo de superfiacutecie em estudo com reservatoacuterio para a soluccedilatildeo hidratante 4
Figura 3 Representaccedilatildeo do fluxo ioacutenico durante o potencial de accedilatildeo (Adaptado de [16]) 8
Figura 4 Diagrama de blocos representativo de um sistema para aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos 9
Figura 5 Sistema internacional 10-20 para a colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos em EEG (Adaptado de [17]) 10
Figura 6 Representaccedilatildeo das ondas eletroencefalograacuteficas registadas durante um exame de EEG [5] 10
Figura 7 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da interface com a pele e o seu modelo de circuito eletroacutenico equivalente Adaptado de [14] 12
Figura 8 Eleacutetrodo de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios A representa o fio de prata B a soluccedilatildeo condutora C a esponja do reservatoacuterio e D material de policarbonato de natureza porosa onde se estabelece o contacto com a pele 15
Figura 9 Funccedilatildeo de um filtro passa-baixos 119860119895119891 16
Figura 10 Circuito representativo dos componentes do ruiacutedo do amplificador na entrada segundo o modelo Vn-In 17
Figura 11 Esquema representativo do ensaio potenciostaacutetico para mediccedilatildeo da impedacircncia 21
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato 24
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios 25
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo 27
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo
eletroquiacutemico 27
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia 28
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos 29
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Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os
correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 32
Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 33
Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 34
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 35
Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz
respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 36
Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 37
Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 38
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 39
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 40
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para
os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas 40
Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 42
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 42
Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos 43
xi
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso
com os olhos fechados 43
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 44
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 44
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos 45
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados 45
xiii
Lista de tabelas
Tabela 1 Classificaccedilatildeo convencional dos sinais de EEG tendo em conta a gama de frequecircncias em que se encontram com indicaccedilatildeo das situaccedilotildees tiacutepicas de ocorrecircncia [6] 2
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas 23
xv
Abreviaturas e Siacutembolos
Acroacutenimos
EEG Eletroencefalograma
NMF Natural moisturizer factor
PC Policarbonato
PCA Aacutecido carboxiacutelico da pirrolidona
PVC Policloreto de polivinilo
RMS Root mean square (Erro quadraacutetico meacutedio)
SNR ou SN Signal-to-noise ratio (Relaccedilatildeo sinal-ruiacutedo)
EIS Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica
ICM Interface ceacuterebro-maacutequina
Lista de siacutembolos
Ohm
1
Capiacutetulo 1 Introduccedilatildeo
Introduccedilatildeo
O eletroencefalograma (EEG) eacute o registo graacutefico dos potenciais eleacutetricos desenvolvidos no ceacuterebro
que eacute utilizado para o seu estudo Isto eacute feito atraveacutes de eleacutetrodos aplicados no couro cabeludo
diretamente na superfiacutecie encefaacutelica ou ateacute mesmo dentro da substacircncia encefaacutelica [1] O
procedimento foi descrito pela primeira vez pelo fisiologista alematildeo Emil du Bois-Reymond que
descobriu que a propagaccedilatildeo do estiacutemulo nervoso nos neuroacutenios resultava no surgimento de uma
corrente eleacutetrica Contudo soacute comeccedilou a ser usado em 1929 apoacutes Hans Berger (psiquiatra alematildeo)
ter conseguido obter a primeira imagem graacutefica das diferenccedilas de potencial presentes no ceacuterebro
[1][2] A combinaccedilatildeo dos diferentes sinais eacute captada pelos eleacutetrodos sob a forma de uma diferenccedila
de potencial entre cada par de eleacutetrodos (configuraccedilatildeo bipolar) ou entre cada eleacutetrodo e uma
referecircncia (configuraccedilatildeo monopolar) O princiacutepio baacutesico de obtenccedilatildeo dos traccedilados
eletroencefalograacuteficos (EEG) eacute a amplificaccedilatildeo dos sinais eleacutetricos atraveacutes da utilizaccedilatildeo de
amplificadores operacionais de instrumentaccedilatildeo [1][3][4] Estes dispositivos satildeo capazes de amplificar
pequenas diferenccedilas de potencial entre dois pontos do couro cabeludo gerando de seguida na forma
claacutessica por meio de um dispositivo chamado galvanoacutemetro de fio com registador e na forma atual
por meio de digitalizaccedilatildeo e impressatildeo um traccedilado graacutefico com diferentes formas de onda que podem
ser interpretados por especialistas na aacuterea [1][3]
Natildeo se sabe ainda interpretar completamente o significado das ondas do eletroencefalograma
mas sabe-se que estas satildeo geradas pela atividade sinaacuteptica dos neuroacutenios do coacutertex cerebral e pelas
informaccedilotildees neuro-eleacutetricas provenientes dos sistemas sensoriais Os traccedilados resultantes deste
exame quando o individuo se encontra acordado satildeo essencialmente dessincronizados isto eacute
compostos por ondas de tensotildees reduzidas e frequecircncias relativamente altas (ritmos alfa e beta)
Contudo quando o individuo se encontra a dormir e uma vez que nessa situaccedilatildeo o taacutelamo natildeo deixa
passar tatildeo facilmente a informaccedilatildeo que recebe os traccedilados dos potenciais sinaacutepticos do coacutertex
tornam-se menores menos variados e mais sincronizados [5] As ondas deste tipo podem ser descritas
atraveacutes da sua gama de frequecircncias ou de comprimentos de onda e periacuteodos associados e das
amplitudes sendo estas natildeo superiores aos 150 μV e a gama de frequecircncias encontrando-se entre os
05 e 60 Hz num EEG normal sendo portanto estes paracircmetros de grande importacircncia e a ter em
conta na anaacutelise destas ondas [6] Por convenccedilatildeo os sinais satildeo classificados em quatro bandas de
frequecircncia conforme ilustrado na Tabela 1
2
2
Tabela 1 Classificaccedilatildeo convencional dos sinais de EEG tendo em conta a gama de frequecircncias em
que se encontram com indicaccedilatildeo das situaccedilotildees tiacutepicas de ocorrecircncia [6]
ONDA FREQUEcircNCIA OCORREM DURANTE
Delta lt35 Hz Momentos do sono profundo
Theta 4-7 Hz Meditaccedilatildeo e relaxamento profundo
Alfa 8-13 Hz Estados mentais relaxados e no
sono
Beta gt13 Hz Estado normal de vigila
As designadas mediccedilotildees eletroencefalograacuteficas tecircm sido amplamente desenvolvidas e exploradas
por vaacuterios motivos que incluem a sua elevada resoluccedilatildeo temporal (na ordem dos milissegundos) e a
sua sensibilidade tanto agrave duraccedilatildeo como agrave intensidade da atividade neural resultado da sincronizaccedilatildeo
da atividade dos neuroacutenios Eacute tambeacutem uma teacutecnica muito atrativa uma vez que representa um
baixiacutessimo risco para os pacientes por ser um meacutetodo geralmente natildeo invasivo A teacutecnica EEG tem a
grande vantagem de possuir uma excelente resoluccedilatildeo temporal dos sinais Contudo sua principal
limitaccedilatildeo passa pela resoluccedilatildeo espacial uma vez que a propagaccedilatildeo da atividade eleacutetrica ao longo das
vias fisioloacutegicas e do cracircnio pode dar uma impressatildeo errada da localizaccedilatildeo da fonte da atividade
eleacutetrica resultando numa insuficiecircncia de detalhes espaciais para identificar as estruturas e funccedilotildees
relacionadas com a atividade eleacutetrica Todavia embora o sinal eleacutetrico tenha de ser transmitido
atraveacutes dos tecidos e isto provoca uma reduccedilatildeo da intensidade do sinal e pequenas distorccedilotildees assume-
se que esta atividade eacute a mesma tanto na superfiacutecie do coacutertex (local onde as ondas emergem) como
no escalpe (local onde as ondas satildeo coletadas) [5][7]
Na literatura aparecem relatos do uso de vaacuterios tipos de EEG para avaliar grupos de pacientes com
diferentes doenccedilas tais como tumores enxaquecas depressotildees e esquizofrenia no entanto na
clinica o EEG eacute sobretudo utilizado para diagnosticar doenccedilas vasculares cerebrais demecircncias e
encefalopatias [7][8][9] Todavia as aplicaccedilotildees hoje em dia para este tipo de sinais e seus sistemas
de eleacutetrodos satildeo inuacutemeras podendo-se destacar as interfaces ceacuterebro-maacutequina como uma das
principais Este tipo de interfaces procura atraveacutes das ondas produzidas no foro cerebral controlar
equipamentos sejam estes cliacutenicos ou natildeo Eacute possiacutevel detetar padrotildees de ativaccedilatildeo gerados pelo
ceacuterebro atraveacutes da colocaccedilatildeo de eleacutetrodos e anaacutelise dos sinais eletroencefalograacuteficos recolhidos tanto
no exterior como no interior da superfiacutecie encefaacutelica Os sinais captados indicam a atividade cerebral
do utilizador que apoacutes deteccedilatildeo e classificaccedilatildeo satildeo traduzidos para uma saiacuteda como por exemplo
o movimento de um cursor de um computador associado ao rato ou de qualquer dispositivo artificial
externo Os sinais de EEG natildeo-invasivos satildeo utilizados em aplicaccedilotildees de Interface ceacuterebro maacutequina
(ICM1) pois estes oferecem um niacutevel de qualidade de sinal aceitaacutevel que combina custos reduzidos e
facilidade de utilizaccedilatildeo[10]
Com o surgimento de outros meacutetodos de diagnoacutestico a utilizaccedilatildeo da eletroencefalografia entrou
em decaimento no entanto a associaccedilatildeo desta teacutecnica com o domiacutenio informaacutetico os seus baixos
1 ldquoA Interface ceacuterebro-maacutequina eacute um sistema que permite a interaccedilatildeo entre o utilizador e o meio que o cerca utilizando sinais de controlo gerados por meio da atividade cerebral O aprimoramento das pesquisas em ICM estaacute relacionado principalmente com os avanccedilos da neurofisiologia e computaccedilatildeo As pesquisas iniciais
dedicaram-se ao desenvolvimento de dispositivos de comunicaccedilatildeo de pessoas que perderam o controlo muscular voluntaacuterio (hellip)rdquo Mussatto Greice em [10] Atualmente satildeo frequentemente direcionados para auxiliar aumentar ou reparar a cogniccedilatildeo humana ou as funccedilotildees sensoriais e motoras
3
3
custos (quando comparados com as outras teacutecnicas) a facilidade na realizaccedilatildeo dos exames o pequeno
espaccedilo ocupado pelos equipamentos e a sua natureza inoacutecua vieram a dar-lhe um novo impulso
conquistando um lugar proeminente no diagnoacutestico de vaacuterias patologias cerebrais [11][12] Isso tornou
possiacutevel inclusive o mapeamento cerebral em escala de cores (a gradaccedilatildeo das cores relaciona-se
com a amplitude dos potenciais) muito popular atualmente As teacutecnicas para a obtenccedilatildeo e registo
foram por isso aprimoradas nos uacuteltimos anos evoluindo do registo em papel com um nuacutemero reduzido
de canais ao registo contiacutenuo em equipamentos de ateacute 256 canais acoplado ao registo de viacutedeo digital
atraveacutes de equipamentos dotados com sistemas wireless peccedilas de hardwares e softwares sofisticadas
para armazenamento de dados e complementar a anaacutelise visual atraveacutes da anaacutelise computacional
Contudo embora os avanccedilos informaacuteticos tenham sido importantes para o desenvolvimento desta
teacutecnica a questatildeo do eleacutetrodo a utilizar nas mediccedilotildees eacute essencial uma vez que os bioeleacutetrodos de
superfiacutecie satildeo responsaacuteveis pela captaccedilatildeo dos sinais na interface entre a pele e o equipamento de
aquisiccedilatildeo e registo sendo tambeacutem considerados o elo mais fraco na cadeia de aquisiccedilatildeo de sinal
(constituindo a maior fonte de ruiacutedo e de instabilidade) [12]
Existe uma vasta gama de eleacutetrodos disponiacuteveis incluindo eleacutetrodos de superfiacutecie descartaacuteveis ou
reutilizaacuteveis e eleacutetrodos profundos[13] Dentro dos eleacutetrodos profundos (intracranianos) mais
utilizados encontram-se os eleacutetrodos intracerebrais e os subdurais Eacute importante referir a existecircncia
destes eleacutetrodos contudo os eleacutetrodos abordados neste relatoacuterio satildeo os eleacutetrodos de superfiacutecie ou
seja aqueles que satildeo colocados sobre o escalpe Existem vaacuterias alternativas para a sua classificaccedilatildeo
todavia aqui seratildeo abordadas aquelas que se relacionam com a presenccedila ou ausecircncia de produtos
hidratantes utilizando o termo ldquoeleacutetrodos huacutemidosrdquo para aqueles que necessitam de uma soluccedilatildeo
hidratantegel e ldquoeleacutetrodos secosrdquo para aqueles que natildeo a exigem
Os principais tipos de eleacutetrodos utilizados na cliacutenica atualmente para a recolha de sinais
eletroencefalograacuteficos satildeo os eleacutetrodos de prata ouro e estanho Um eleacutetrodo do tipo Prata-Cloreto
de Prata (AgAgCl) (Figura 1) eacute um tipo de eleacutetrodo considerado como tendo caracteriacutesticas desejaacuteveis
de qualidade e estabilidade que o tornam em geral um eleacutetrodo de referecircncia no estado da arte
sendo vulgarmente utilizado em mediccedilotildees eletroquiacutemicas [14] Os fenoacutemenos que ocorrem quando
um eleacutetrodo metaacutelico entra em contacto com um eletroacutelito estatildeo na base da captaccedilatildeo dos sinais que
se pretende realizar Ocorre uma troca ioacutenica como resultado de uma reaccedilatildeo eletroquiacutemica associada
ao contacto Existindo uma tendecircncia para que os aacutetomos do metal percam eletrotildees e estes passem
para o eletroacutelito (oxidaccedilatildeo) fazendo assim com que o eleacutetrodo fique carregado negativamente no
que diz respeito ao eletroacutelito Contudo natildeo se trata de um processo estaacutetico e por conseguinte ocorre
igualmente a reaccedilatildeo contraacuteria ateacute se estabelecer o equiliacutebrio (reduccedilatildeo) [14] Este processo eacute descrito
pela Equaccedilatildeo de Nernst atraveacutes da qual eacute possiacutevel obter a constante de equiliacutebrio de uma
determinada reaccedilatildeo que envolva transferecircncia de eletrotildees Deste modo para uma reaccedilatildeo de
oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo (redox) temos
minus119899 119865119864 = minus119899 1198651198640 + 119877119879 119897119899 119876 hArr 119864 = 1198640 minus119877119879
119899119865119897119899 119876
( 1 )
Verifica-se que no ponto de equiliacutebrio o valor de Q pode ser descrito como K (contante de
equiliacutebrio da reaccedilatildeo) e considerando a constante universal dos gases perfeitos (R = 831 J K-1 mol-1 )
a carga eleacutetrica de uma mole de eletrotildees (F = 96485 Cmiddotmol-1) e que o ensaio decorre agrave temperatura
ambiente (T = 2982 K (25 degC)) obteacutem-se
E=E0-00257
nlnQ hArr 0=E0-
00257
nlnK hArr E0=
00257
nlnK hArr lnK=
n ∙ E0
00257
( 2 )
4
4
Onde Eordm se obteacutem a partir dos potenciais normais dos eleacutetrodos n eacute o nuacutemero de moles de eletrotildees
transferidos e Q eacute o quociente entre os produtos das atividades de produtos e reagentes na reaccedilatildeo
No caso da pele humana existem pequenas quantidades de NaCl (01-04) desta forma o aniatildeo
cloreto presente iraacute reagir com a prata do eleacutetrodo dando origem a uma diferenccedila de potencial
relacionado com a concentraccedilatildeo de cloreto [3] Portanto as trocas ioacutenicas que ocorrem na pele na
presenccedila deste eleacutetrodo satildeo representadas na ( 3
119860119892 + 119862119897minus 119860119892119862119897 + 119890minus ( 3 )
Este tipo de eleacutetrodos satildeo os mais utilizados hoje em dia na clinica
e satildeo fabricados como o nome o indica em prata agrave qual eacute aplicado um
revestimento de cloreto de prata Trata-se de um metal bem tolerado
pelo organismo humano que permite a obtenccedilatildeo de bons resultados
uma vez que aleacutem disso estes apresentam niacuteveis de ruido reduzidos e
natildeo satildeo facilmente polarizaacuteveis [3] no entanto a sua utilizaccedilatildeo exige
uma preparaccedilatildeo preacutevia da pele e a aplicaccedilatildeo de uma pasta condutora
(gel) que por vezes eacute desconfortaacutevel para o paciente sendo suscetiacutevel
de causar alergias e tornando o processo mais demorado uma vez que
a preparaccedilatildeolimpeza dos eleacutetrodos requer alguns cuidados e deve ser executada por um teacutecnico
Surgiu entatildeo a motivaccedilatildeo para criar novos eleacutetrodos secos que ultrapassassem estas dificuldades
dispensando a utilizaccedilatildeo do gel e a preparaccedilatildeo da pele todavia uma vez que o contacto liacutequido estaacute
ausente a impedacircncia interfacial eacute consideravelmente mais elevada (1 M contra 10-20 k)
refletindo-se numa maior sensibilidade ao movimento e de maneira geral na presenccedila de um maior
niacutevel de ruiacutedo o que exige preacute-amplificaccedilatildeo integrada Os custos associados agrave produccedilatildeo deste tipo de
eleacutetrodo satildeo tambeacutem mais elevados do que no caso dos eleacutetrodos convencionais
De modo a resolver estes problemas foi desenvolvido um novo
tipo de bioeleacutetrodo (Figura 2) [15] o qual tem a capacidade de
manter huacutemido o ponto de contacto com a pele evitando contudo
a utilizaccedilatildeo de pastas condutoras Este efeito foi conseguido usando
o princiacutepio da caneta de feltro o contacto com o escalpe eacute efetuado
a partir de vaacuterios pinos fabricados a partir de um poliacutemero poroso
acoplado a um pequeno reservatoacuterio com uma soluccedilatildeo hidratante os
pinos forneceratildeo entatildeo de forma controlada pelos efeitos
combinados da capilaridade e gravidade a soluccedilatildeo hidratante ao
ponto de contacto com o escalpe A sua forma oferece tambeacutem
muacuteltiplos pontos de contacto de modo a minimizar o ruiacutedo e obter
melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
O desenvolvimento destes eleacutetrodos compreenderaacute varias fases a primeira fase a implementar
seraacute a fabricaccedilatildeo da superfiacutecie porosa atraveacutes da compressatildeo de poacutes de policarbonato (PC) de seguida
seraacute feita a montagem dos diferentes componentes do eleacutetrodo nomeadamente a esponja o frio de
prata e o tubo de policloreto de polivinilo (PVC) que funcionaraacute como reservatoacuterio Finalmente seratildeo
preparadas e testadas vaacuterias soluccedilotildees com os mesmos componentes em diferentes concentraccedilotildees de
modo a concluir qual soluccedilatildeo fornece uma melhor hidrataccedilatildeo da pele otimizando assim os resultados
Figura 1 Eleacutetrodo de superfiacutecie comercial (Eleacutetrodo de controlo)
Figura 2 Corte transversal do bioeleacutetrodo de superfiacutecie em estudo com reservatoacuterio
para a soluccedilatildeo hidratante
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Capiacutetulo 2 Enquadramento teoacuterico
Enquadramento teoacuterico
A EEG eacute um registo associado a uma teacutecnica cliacutenica que se baseia na aquisiccedilatildeo dos sinais produzidos
no coacutertex cerebral A obtenccedilatildeo dos mesmos eacute possiacutevel uma vez que aiacute existem ceacutelulas excitaacuteveis
capazes de conduzir os impulsos nervosos os neuroacutenios Estes impulsos geram correntes eleacutetricas
atraveacutes do corpo da ceacutelula ateacute uma zona chamada zona de disparo Neste local as correntes dirigem-
se ao espaccedilo extracelular provocando uma diferenccedila de potencial que desencadearaacute um novo estiacutemulo
na proacutexima ceacutelula e que contribuiraacute para a produccedilatildeo dos referidos sinais
21 Sistema nervoso
O sistema nervoso eacute responsaacutevel pela maioria das funccedilotildees de controlo no organismo coordenando
e regulando as atividades corporais Isto eacute feito atraveacutes da interpretaccedilatildeo e resposta a estiacutemulos Este
sistema eacute convencionalmente dividido em duas categorias o sistema nervoso central (SNC) que se
verifica tratar do desenvolvimento das respostas aos estiacutemulos e o sistema nervoso perifeacuterico (SNP)
o responsaacutevel pela conduccedilatildeo do estiacutemulo nervoso No caso do SNC podem distinguir-se vaacuterios oacutergatildeos
o enceacutefalo (constituiacutedo pelo ceacuterebro cerebelo e tronco encefaacutelico) e a espinal medula Jaacute no caso do
SNP esta divisatildeo eacute feita atraveacutes da distinccedilatildeo entre nervos cranianos ou espinhais [16] Os nervos satildeo
essencialmente um conjunto de axoacutenios e dendrites de vaacuterios neuroacutenios
Os neurocircnios que datildeo origem aos nervos satildeo ceacutelulas com capacidade excitatoacuteria capazes de
transmitir sinais nervosos Contudo as ceacutelulas da glia tambeacutem presentes no sistema nervoso
sobretudo nos nervos satildeo as principais responsaacuteveis pela propagaccedilatildeo orientada do estiacutemulo uma vez
que ao recobrirem o axoacutenio criam circuitos neuronais independentes [16]
Os axoacutenios transmitem pulsos eleacutetricos devido agrave presenccedila de canais ioacutenicos que abrem e fecham
de modo a controlar as concentraccedilotildees dos diferentes iotildees nos meios interno e externo da ceacutelula
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211 Propagaccedilatildeo do sinal
Um impulso nervoso origina a transmissatildeo de um sinal codificado ao longo da membrana do
neuroacutenio Para compreender esta transmissatildeo dentro do proacuteprio neuroacutenio eacute necessaacuterio conhecer o
conceito de potenciais de repouso e de accedilatildeo
N as fases em que se verifica existir potenciais de repouso os iotildees de soacutedio entram para a ceacutelula
atraveacutes de transporte passivo uma vez que a concentraccedilatildeo destes eacute menor no interior da ceacutelula (a
favor do gradiente de concentraccedilatildeo) Posteriormente daacute-se a sua expulsatildeo de forma ativa ao mesmo
tempo que entram iotildees de potaacutessio ativamente Finalmente os iotildees de potaacutessio voltam passivamente
ao exterior da membrana outorgando agrave ceacutelula uma carga positiva Diz-se entatildeo que esta se encontra
polarizada Nas ceacutelulas nervosas o potencial de membrana ronda os -90mV [6]
Os potenciais de accedilatildeo satildeo os responsaacuteveis pela propagaccedilatildeo do estiacutemulo nervoso contudo a sua
duraccedilatildeo natildeo ultrapassa alguns milissegundos (ver a Figura 3) Esta propagaccedilatildeo ocorre quando o
potencial de membrana que se encontra nos -90mV passa a ocupar valores de -50 a -70mV devido a
uma perturbaccedilatildeo externa de modo a responder a esta situaccedilatildeo ocorre a passagem por difusatildeo dos
iotildees de soacutedio para o interior da ceacutelula resultando na alteraccedilatildeo dos potenciais ateacute entatildeo negativos
para valores que podem chegar a +35mV De seguida a ceacutelula expulsa ativamente o soacutedio alterando
assim o potencial para aproximadamente -95mV Daacute-se entatildeo a repolarizaccedilatildeo atraveacutes da bomba de
Na+K+ ou seja a ceacutelula volta agraves condiccedilotildees iniciais [6]
Apoacutes um sinal ser transportando atraveacutes de um neuroacutenio eacute necessaacuterio que este seja comunicado
ao neuroacutenio seguinte de modo a manter a transmissatildeo do impulso Esta transferecircncia daacute-se em locais
especiacuteficos e pode ser feita eletricamente (atraveacutes de iotildees) ou quimicamente (atraveacutes de uma fenda
sinaacuteptica onde um neurotransmissor eacute libertado e se liga a recetores especiacuteficos do neuroacutenio poacutes-
sinaacuteptico) [6][16]
Figura 3 Representaccedilatildeo do fluxo ioacutenico durante o potencial de accedilatildeo (Adaptado de [16])
9
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22 Aquisiccedilatildeo do sinal
Eacute impossiacutevel medir a atividade eleacutetrica gerada por um uacutenico neuroacutenio contudo a aquisiccedilatildeo do
sinal electroencefalograacutefico soacute eacute possiacutevel graccedilas agrave emissatildeo parcialmente sincronizada do impulso
nervoso numa parte significativa do coacutertex cerebral Deste modo o EEG reflete o somatoacuterio da
atividade siacutencrona de milhares de neuroacutenios com uma orientaccedilatildeo espacial semelhante assessorando
assim a aquisiccedilatildeo de um sinal reprodutiacutevel e mensuraacutevel que possibilita uma interpretaccedilatildeo fidedigna
[16]
Esta teacutecnica permite o registo da atividade eleacutetrica do ceacuterebro Eacute um procedimento raacutepido
simples e indolor no qual os impulsos eleacutetricos do ceacuterebro satildeo amplificados e registrados em papel
atraveacutes de um galvanoacutemetro ou em formato digital O seu interesse prende-se natildeo soacute com os baixos
custos da teacutecnica como tambeacutem com a obtenccedilatildeo em tempo real destes sinais de modo a conseguir
diagnosticar eventuais anomalias
A EEG quando comparada com outras teacutecnicas como por exemplo o eletrocardiograma (ECG)
apresenta uma maior dificuldade na obtenccedilatildeo dos dados uma vez que a tensatildeo a captar eacute de muito
menor amplitude os sinais por vezes encontram-se na regiatildeo do ruiacutedo eleacutetrico e aleacutem disso os
amplificadores comuns natildeo fornecem uma banda de funcionamento que consiga amplificar o sinal de
forma eficaz o que exige a utilizaccedilatildeo de amplificadores especialmente desenhados [6] Contudo
estas limitaccedilotildees natildeo impediram o avanccedilo desta tecnologia Ao longo do tempo as teacutecnicas de obtenccedilatildeo
dos dados foram-se aprimorando tendo chegado na fase de maturidade agrave arquitetura ilustrada na
Figura 4 em que a saiacuteda eacute representada em papel desenhada por canetas conduzidas por mecanismos
controlados por galvanoacutemetros Hoje em dia os sistemas evoluiacuteram sobretudo na parte final atraveacutes
da digitalizaccedilatildeo dos sinais filtrados e seu armazenamento num dispositivo digital Desta forma torna-
se muito mais flexiacutevel a fase de visualizaccedilatildeo dos sinais que eacute feita em monitores graacuteficos de
computador bem como a fase de armazenamento e arquivo e criaccedilatildeo de fichas de exame A
digitalizaccedilatildeo permite o processamento digital dos sinais a fim principalmente de os caracterizar do
ponto de vista morfoloacutegico e assim contribuir para a classificaccedilatildeo do ponto de vista cliacutenico
Figura 4 Diagrama de blocos representativo de um sistema para aquisiccedilatildeo de sinais
eletroencefalograacuteficos
A EEG eacute realizada atraveacutes da colocaccedilatildeo de eleacutetrodos no couro cabeludo obedecendo o
posicionamento dos mesmos a regras especiacuteficas pois a sua localizaccedilatildeo influencia os sinais captados
10
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De modo a facilitar a comparaccedilatildeo dos resultados eacute habitualmente utilizado um sistema se
colocaccedilatildeo padratildeo chamado 10-20 (Figura 5) Segundo este padratildeo os locais onde os eleacutetrodos satildeo
colocados satildeo denominados por letras de acordo com as aacutereas cerebrais adjacentes seguidas de um
nuacutemero impar se o eleacutetrodo se encontrar no lado esquerdo da cabeccedila ou par se for no lado direito
[6]
Apoacutes a obtenccedilatildeo do sinal contiacutenuo de EEG eacute
possiacutevel distinguir vaacuterios tipos de ondas de acordo
com a sua amplitude e frequecircncia A amplitude das
ondas pode ir ateacute aos 200 μV e a frequecircncia ateacute 30Hz
A Figura 6 representa os diferentes tipos de ondas
As ondas delta satildeo ondas da mais baixa frequecircncia
e amplitudes elevadas que ocorrem em momentos do
sono profundo por outro lado as ondas teta
encontram-se na gama de frequecircncias de 4-7 Hz
contudo
continuam a apresentar grandes amplitudes e ocorrem
em estaacutegios de meditaccedilatildeo e relaxamento profundo as
ondas alfa apresentam por sua vez amplitudes meacutedias
e frequecircncias compreendidas entre os 8 e os 13 Hz
correspondendo a estados mentais relaxados no sono
Finalmente as ondas beta satildeo as de mais elevada
frequecircncia (gt13 Hz) com amplitudes de cerca de 10 μV
e ocorrem quando existe um estimulo visual ou no estado
normal de vigiacutelia [6]
221 Eleacutetrodos
Os eleacutetrodos constituem a interface entre o escalpe e o equipamento de mediccedilatildeo No caso de um
eleacutetrodo huacutemido quando a parte metaacutelica entra em contacto com o eletroacutelito tem lugar um processo
de oxidaccedilatildeoreduccedilatildeo de iotildeesaacutetomos que daacute lugar ao aparecimento de um potencial caracteriacutestico
As propriedades fiacutesico-quiacutemicas tanto do eleacutetrodo como do eletroacutelito afetam o valor do potencial
Quando eleacutetrodos idecircnticos satildeo submersos num eletroacutelito homogeacuteneo ambos assumem o mesmo
potencial com respeito ao eletroacutelito Contudo eleacutetrodos diferentes colocados nas mesmas condiccedilotildees
apresentam potenciais diferentes [6] Deste modo eacute sensato concluir que a amplitude do potencial
depende do material de que o eleacutetrodo eacute feito Por esse motivo os eleacutetrodos utilizados na cliacutenica satildeo
comumente produzidos com prata e cloreto de prata uma vez apresentam uma resistecircncia agrave passagem
Figura 5 Sistema internacional 10-20 para
a colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos em EEG
(Adaptado de [17])
Figura 6 Representaccedilatildeo das ondas eletroencefalograacuteficas registadas durante um
exame de EEG [5]
11
11
de corrente natildeo elevada e os seus niacuteveis de impedacircncia satildeo estaacuteveis ao longo de uma ampla gama de
frequecircncias
Contudo o material natildeo eacute o uacutenico paracircmetro que varia para escolher um eleacutetrodo Dependendo
das necessidades existem tambeacutem variedades morfoloacutegicas como os eleacutetrodos invasivos e os natildeo-
invasivos
2211 Eleacutetrodos invasivos
Dentro dos eleacutetrodos invasivos (intracranianos) os mais utilizados satildeo os eleacutetrodos profundos
intracerebrais e os subdurais [13] Os primeiros consistem em eleacutetrodos em forma de agulha feitos
de material flexiacutevel com muacuteltiplos pontos de contacto para registo Satildeo ideais para o registo de
atividade em aacutereas distantes da superfiacutecie Proporcionam ainda um registo preciso da regiatildeo
volumeacutetrica adjacente a cada ponto de registo no entanto a extensatildeo da dita aacuterea eacute limitada [18]
Portanto o uso deste tipo de eleacutetrodos eacute ideal apoacutes os resultados dos exames natildeo-invasivos sugerirem
um ldquoalvordquo provaacutevel Os eleacutetrodos subdurais que podem ser do tipo placa ou tira de silicone com
muacuteltiplos contatos de registo satildeo ideais para o registo de aacutereas extensas do coacutertex [14] Contudo os
eleacutetrodos subdurais podem natildeo registar adequadamente alteraccedilotildees localizadas em profundidade
Este tipo de eleacutetrodos deve apresentar dimensotildees reduzidas de modo a que o dano provocado no
tecido cerebral seja miacutenimo Devem tambeacutem apresentar locais de aplicaccedilatildeo suficientes para recolher
potenciais de muitos neuroacutenios simultaneamente No entanto devido agrave sua natureza altamente
invasiva soacute satildeo usados em casos especiais em que o seu uso pode trazer grandes benefiacutecios para o
paciente
2212 Eleacutetrodos natildeo invasivos
O foco deste estudo centra-se nos eleacutetrodos natildeo invasivos eleacutetrodos colocados na superfiacutecie do
escalpe O contacto entre o eleacutetrodo e a pele eacute facilitado (impedacircncia reduzida) pela utilizaccedilatildeo de
gel e se for esse o caso estaacute-se perante o caso dos eleacutetrodos huacutemidos Contudo a aplicaccedilatildeo deste
gel requer uma preparaccedilatildeo preacutevia da pele que por vezes pode ser demorada suscetiacutevel de
desencadear reaccedilotildees aleacutergicas e desconfortaacutevel para o paciente [3] Surgiu entatildeo a alternativa dos
eleacutetrodos secos eleacutetrodos capazes de aquirir sinais que dispensam a utilizaccedilatildeo de soluccedilotildees todavia
como resultado da ausecircncia do gel ou pasta condutora a impedacircncia interfacial eacute muito mais elevada
tornando indispensaacutevel a integraccedilatildeo de um andar de preacute-amplificaccedilatildeo no eleacutetrodo
Procurando contornar as dificuldades de cada teacutecnica optou-se pelo desenvolvimento de um
bioeleacutetrodo inovador que dispensa a utilizaccedilatildeo de gel mas que apesar disso manteacutem um bom contacto
com a pele humidificando-a
Entre os materiais disponiacuteveis para a fabricaccedilatildeo de eleacutetrodos encontram-se o accedilo inoxidaacutevel o
ouro (Au) o oacutexido de iriacutedio (IrO2)) a prata (Ag) etc [14] tendo-se optado por utilizar um fio de
prata revestido com uma fina camada de cloreto de prata uma vez que os eleacutetrodos fabricados com
12
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este material apresentam niacuteveis de ruiacutedo reduzidos grande estabilidade do potencial eleacutetrico na gama
de frequecircncias utilizada e uma impedacircncia interfacial baixa [14][19]
23 Interface do eleacutetrodo com a pele
A pele eacute um oacutergatildeo que cobre e protege o corpo e que se observa estar organizado em muacuteltiplas
camadas Eacute composta de trecircs camadas principais a epiderme a derme e a hipoderme cada uma
delas com carateriacutesticas estruturais especiacuteficas que levam a diferentes niacuteveis de condutividade
eleacutetrica e que podem ser representados atraveacutes de modelos baseados em componentes eleacutetricos
baacutesicos [14] Podemos entatildeo do ponto de vista eleacutetrico simular os tecidos bioloacutegicos a partir de um
circuito eleacutetrico formado por resistecircncias e condensadores dispostos em redes com seacuteries e paralelos
agindo estes como condutores ou dieleacutetricos nos quais o fluxo de corrente seguiraacute o caminho de
menor oposiccedilatildeo (Figura 7) Um exemplo ilustrativo desta situaccedilatildeo estaacute representado para o stratum
corneum a camada mais perifeacuterica da epiderme como este tecido eacute relativamente pouco condutor
apresenta uma elevada impedacircncia agrave transmissatildeo das correntes eleacutetricas [20] Assim devido agraves suas
propriedades dieleacutetricas a sua pequena espessura e o seu posicionamento entre o eleacutetrodo condutor
exterior e os tecidos subjacentes mais condutores eacute possiacutevel a sua representaccedilatildeo por meio de um
condensador de placas paralelas
Figura 7 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da interface com a pele e
o seu modelo de circuito eletroacutenico equivalente Adaptado de [14]
O valor da capacidade eleacutetrica da pele estaacute relacionado com a espessura e composiccedilatildeo da camada
coacuternea e tem um valor tiacutepico no intervalo 002-006 microFcm2 [14]
Por outro lado uma vez que alguns iotildees conseguem atravessar o stratum corneum atraveacutes dos
elementos da pele (foliacuteculos do cabelo suor canais das glacircndulas sebaacuteceas imperfeiccedilotildees da pele)
isso pode ser representado coletivamente por uma resistecircncia que seraacute colocada em paralelo com o
condensador Como as camadas subjacentes agrave epiderme satildeo relativamente condutoras representam-
se por uma resistecircncia em seacuterie adicional A presenccedila de uma elevada densidade de foliacuteculos pilosos
(que atuam como derivaccedilotildees de baixa resistecircncia) daacute origem a um valor muito baixo na resistecircncia da
13
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pele No entanto esta observaccedilatildeo eacute contrabalanccedilada pela dificuldade em fazer contato mecacircnico e
eleacutetrico firme Em tais casos a impedacircncia da pele eacute muito elevada e por vezes eacute necessaacuterio recorrer
agrave remoccedilatildeo dos pelos antes de realizar o exame [14]
231 Hidrataccedilatildeo da pele
O processo de hidrataccedilatildeo da pele humana acontece por duas vias a interna e a externa [21] No
caso da via interna isto acontece quando os queratinoacutecitos migram atraveacutes da derme e sofrem
alteraccedilotildees significativas uma vez que paralelamente a esse processo satildeo libertados liacutepidos e o fator
de hidrataccedilatildeo natural da pele (NMF - Natural moisturizer factor) No caso dos liacutepidos estes formam
uma barreira para a perda de aacutegua e ajudam a reter a hidrataccedilatildeo natural da pele Jaacute no caso da
hidrataccedilatildeo por via externa esta acontece quando introduzimos na pele substacircncias cosmeacuteticas e
farmacecircuticas com capacidades de humedecer as camadas externas da pele para isso na produccedilatildeo
destas substacircncias satildeo utilizadas principalmente trecircs tipos de ingredientes (1) os humectantes que
Incluem a glicerina a ureia e o aacutecido carboxiacutelico da pirrolidona (PCA) que atuam atraindo a aacutegua das
camadas inferiores da derme e ajudando a manter essa aacutegua no estrato coacuterneo (2) os agentes oclusivos
que aumentam os niacuteveis de humidade proporcionando uma barreira fiacutesica para a perda de aacutegua (ceras
oacuteleos e silicones) (3) os emolientes que procuram restaurar os NMF [21]
2311 O gel para utilizaccedilatildeo com os eleacutetrodos
O gel utilizado nos eleacutetrodos serve para (1) assegurar um bom contacto eleacutetrico com a pele do
paciente (2) facilitar a transferecircncia de carga na interface eleacutetrodo-eletroacutelito e assim (3) diminuir
a impedacircncia do estrato coacuterneo [14]
Existem dois tipos de gel o gel huacutemido normalmente denominados como pasta creme ou
substacircncia gelatinosa e o hidrogel Os primeiros satildeo geralmente compostos por aacutegua um agente
espessante bactericidasfungicidas sais ioacutenicos e um surfatante O sal ioacutenico tem como finalidade
conferir condutividade eleacutetrica ao gel e diminuir a impedacircncia eleacutetrica da pele atraveacutes da sua difusatildeo
na mesma Normalmente os sais utilizados satildeo o cloreto de soacutedio (NaCl) ou de potaacutessio (KCl) uma vez
que a maior parte dos iotildees presentes na superfiacutecie da pele humana satildeo o cloreto o soacutedio e o potaacutessio
permitindo assim que elevadas concentraccedilotildees destes sais sejam melhor toleradas pelo corpo
[14][18][22] Por outro lado o hidrogel eacute um gel soacutelido que incorpora hidrocoloacuteides naturais no
entanto a utilizaccedilatildeo destes agentes naturais por vezes provoca desempenhos variaacuteveis e cores pouco
atrativas levando assim agrave utilizaccedilatildeo de hidrocoloacuteides artificiais de modo a eliminar variabilidades
indesejadas
O hidrogel tecircm tendecircncia a causar menos irritaccedilotildees na pele quando comparado com o gel huacutemido
porque o hidrogel limita-se a garantir um bom contato eleacutetrico entre a pele e o eleacutetrodo sem afetar
as propriedades do stratum corneum [14]
14
14
O hidrogel eacute eletricamente mais resistivo do que o gel no entanto esta desvantagem eacute
compensada tanto pela utilizaccedilatildeo de maiores aacutereas com hidrogel como tambeacutem pela diminuiccedilatildeo da
espessura da camada do mesmo Contudo isto natildeo eacute suficiente uma vez que o hidrogel natildeo eacute tatildeo
eficaz na hidrataccedilatildeo da pele (tem tendecircncia a absorver humidade) dando assim como resultado um
aumento na impedacircncia da pele [14]
24 Teacutecnicas de revestimento da prata com cloreto de prata
Finas camadas de um determinado metal depositado sobre um substrato desemprenham
muitas vezes uma funccedilatildeo essencial em muitos dispositivos como por exemplo nos circuitos integrados
No caso dos eleacutetrodos eacute necessaacuterio revestir os fios de prata com finas camadas de cloreto de prata
com o intuito de auxiliar a concretizaccedilatildeo das trocas ioacutenicas referidas no capiacutetulo 1 equaccedilatildeo (1) de
modo a ter-se uma transduccedilatildeo do sinal ioacutenico num sinal eleacutetrico de forma eficaz e reversiacutevel Estas
camadas devem apresentar caracteriacutesticas rigorosamente controladas A espessura a estrutura
atoacutemica e a composiccedilatildeo quiacutemica devem ser uniformes [14][18] Eacute tambeacutem importante que exista
pouca ou nenhuma contaminaccedilatildeo por outras partiacuteculas
As propriedades dos filmes satildeo altamente dependentes dos processos de deposiccedilatildeo Estes
devem ter boa aderecircncia e prover uma boa cobertura Deste modo para a preparaccedilatildeo da prata para
eleacutetrodos a teacutecnica a utilizar deve ser a deposiccedilatildeo eletroquiacutemica atraveacutes de um processo que envolve
a deposiccedilatildeo de um material soacutelido por meio de uma reaccedilatildeo quiacutemica com ou sem recurso a energia
externa Neste caso os substratos de prata satildeo submersos numa soluccedilatildeo contendo um agente oxidante
(por exemplo cloreto feacuterrico) produzindo assim uma fina camada de cloreto de prata ( ( 4)
Ag + + FCl3 FeCl2 + Ag ( 4 )
Em geral a deposiccedilatildeo por electroless plating de um metal envolve a deposiccedilatildeo de um
revestimento metaacutelico a partir dos seus iotildees presentes num banho aquoso sobre uma superfiacutecie atraveacutes
de uma reaccedilatildeo de reduccedilatildeo quiacutemica controlada que eacute ativada pelo metal que estaacute a ser depositado
(reduzido) [23] Os revestimentos obtidos atraveacutes da implementaccedilatildeo desta teacutecnica satildeo geralmente
uniformes duros com elevadas resistecircncias agrave corrosatildeo e ao desgaste e apresentam baixo coeficiente
de fricccedilatildeo [24][25]
Existe contudo uma enorme variedade de meacutetodos eletroquiacutemicos que permitem a
oxidaccedilatildeodeposiccedilatildeo de finas camadas de cloreto de prata tais como a deposiccedilatildeo assistida por plasma
ou por feixes de iotildees o sputtering a deposiccedilatildeo quiacutemica e a deposiccedilatildeo fiacutesica em fase de vapor etc
[25] Todavia a execuccedilatildeo destes processos envolve a utilizaccedilatildeo de equipamentos altamente
especializados em ambiente de vaacutecuo vaacuterias soluccedilotildees e um campo eleacutetrico de modo a possibilitar a
transformaccedilatildeo de energia quiacutemica em energia eleacutetrica e vice-versa Finalmente um meacutetodo tambeacutem
bastante usado eacute a sinterizaccedilatildeo de poacute de cloreto de prata sobre o substrato metaacutelico dando origem
a um revestimento espesso e poroso
15
15
25 Novo conceito de eleacutetrodo
O desenvolvimento do novo tipo de bioeleacutetrodo busca
colmatar as lacunas presentes nos eleacutetrodos disponiacuteveis
comercialmente (dos tipos huacutemido e seco) Tentando manter as
melhores carateriacutesticas de cada tipo de eleacutetrodo Para isso eacute
necessaacuterio desenvolver o eleacutetrodo com materiais condutores que
possibilitem as trocas ioacutenicas e aleacutem disso tenha a capacidade
de manter huacutemido o ponto de contacto com a pele de forma a
diminuir a impedacircncia na interface mas sem usar pastas ou gel
que sujam a pele
A hidrataccedilatildeo da pele por via externa nos ensaios a
realizar eacute feita atraveacutes da aplicaccedilatildeo de diferentes soluccedilotildees
hidratantes que se encontram embebidas numa esponja num
reservatoacuterio existente no eleacutetrodo (Figura 8) Estas soluccedilotildees tecircm a capacidade de migrar atraveacutes do
eleacutetrodo atraveacutes do efeito de capilaridade e gravidade uma vez que a base do eleacutetrodo eacute feita de
policarbonato com porosidade aberta adequada ao fenoacutemeno da capilaridade
O desenvolvimento deste bioeleacutetrodo inovador possibilita tambeacutem uma colocaccedilatildeo raacutepida
coacutemoda e segura Uma vez que estes passam a ser colocados com uma touca
Finalmente eacute tambeacutem importante referir que a forma do eleacutetrodo em multipino permitiraacute
numerosos pontos de contacto de modo a minimizar a impedacircncia do mesmo contribuindo para a
obtenccedilatildeo de melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
26 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
O ruiacutedo eacute um sinal interferente de natureza aleatoacuteria que provoca a degradaccedilatildeo de sinal
durante o seu processamento Em eletroacutenica diz respeito a quaisquer correntes ou tensotildees indesejadas
que mascaram o sinal que realmente interessa
Nos dispositivos e circuitos eletroacutenicos existem inuacutemeras fontes de ruiacutedo dai a importacircncia
na sua caraterizaccedilatildeo
Um tipo importante de ruiacutedo eacute o ruiacutedo de Johnson-Nyquist presente nos portadores de carga
e em todos os elementos com resistecircncia eleacutetrica Este tipo de ruiacutedo eacute caraterizado por uma densidade
espectral de potecircncia (do inglecircs power spectral density - PSD) uniforme e forma de onda gaussiana
[26]
O ruiacutedo de Johnson-Nyquist eacute comumente chamado ruiacutedo teacutermico e a sua tensatildeo eficaz pode
ser calculado atraveacutes da ( 5 para uma resistecircncia eleacutetrica R
Vt= radic4∙k∙T∙B∙R=radic16times1020
∙B∙R ( 5 )
Figura 8 Eleacutetrodo de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios A representa o fio de prata B a soluccedilatildeo condutora C a esponja do reservatoacuterio e D material de policarbonato de natureza porosa onde se estabelece o contacto com a pele
16
16
onde k representa a constante de Boltzmann em JK T a temperatura da resistecircncia em K B
a banda equivalente de ruiacutedo e R o valor da resistecircncia em Ohm
Para o caacutelculo da banda equivalente de ruiacutedo considera-se que o sistema tem uma funccedilatildeo de
transferecircncia do tipo 1198810
119881119894frasl = 119860(119895119891) e estaacute sujeito a uma entrada de ruiacutedo de PSD 119878119881119894
Deste modo
obtemos que o valor meacutedio da tensatildeo de ruiacutedo na saiacuteda para um amplificador seraacute
1198811198990
2 = int 119878119881119894 |A(jf)|2 partfinfin
0
( 6 )
Sendo |119860(119895119891)| usualmente uma funccedilatildeo do tipo
Figura 9 Funccedilatildeo de um filtro passa-baixos |119912(119947119943)|
Uma vez que as regiotildees sombreadas satildeo iguais pode-se simplificar o caacutelculo atraveacutes da aacuterea
de um retacircngulo com a mesma aacuterea que o quadrado da funccedilatildeo de transferecircncia Temos entatildeo que a
banda equivalente eacute dada por
B=1
|A0|2int |A(jf)|2 partf
infin
0
( 7 )
Outro tipo de ruiacutedo presente nos equipamentos eletroacutenicos que eacute interessante estudar eacute o
ruiacutedo ldquoshotrdquo ou ruiacutedo de corrente (Ish) que como o nome indica estaacute associado agrave corrente DC que
flui atraveacutes de uma barreira de potencial e pode ser representado por
Ish= radic2∙q∙IDc∙B ( 8 )
Onde q representa a carga eletroacutenica em coulomb e IDC a corrente contiacutenua meacutedia em ampere
Finalmente outro tipo de ruiacutedo a estudar seraacute o ruiacutedo 1f ldquoflickerrdquo ou ruiacutedo de contacto (If)
que ocorre devido agraves diferenccedilas nos niacuteveis de energia eleacutetricos quando existe um contato imperfeito
entre dois materiais Este tipo de ruiacutedo pode ser calculado atraveacutes de
119868119891 = 119870 ∙ 119868119863119888 ∙ radic119861
radic119891 ( 9 )
Onde K eacute um valor constante que depende do material e da geometria
A baixas frequecircncias este ruiacutedo eacute chamado de ruiacutedo ldquo1frdquo devido agrave tendecircncia caracteriacutestica
de decrescimento com a frequecircncia Eacute importante notar que a magnitude do ruido ldquoflickerrdquo pode ser
17
17
muito grande para pequenas frequecircncias o que leva a que seja a forma de ruiacutedo predominante em
circuitos de baixa frequecircncia
Considerando o ruiacutedo total como adiccedilatildeo das contribuiccedilotildees dos vaacuterios tipos de ruiacutedo na
configuraccedilatildeo eleacutetrica adotada para um amplificador pode-se considerar que o ruiacutedo na entrada segue
a representaccedilatildeo da Figura 10 da qual eacute possiacutevel retirar que
1198681198992 =
1198811198991199052 minus 119881119899
2 minus 1198811199052
1198771199042 ( 10 )
Na praacutetica In pode ser calculado atraveacutes da PSD do ruiacutedo total obtido com uma resistecircncia
elevada de modo a que 1198811198990≫ 119860radic119881119899
2 ∙ 1198811199052 e que Vn eacute a PSD do sistema com a entrada em curto circuito
Figura 10 Circuito representativo dos componentes do ruiacutedo do amplificador na entrada segundo o modelo Vn-In
No corpo humano a captaccedilatildeo dos biopotenciais no escalpe estaacute sujeita agrave presenccedila de ruiacutedo
eleacutetrico intriacutenseco indesejado na interface eleacutetrodogelpele que faz com que o processo de deteccedilatildeo
e anaacutelise dos sinais bioloacutegicos reais seja mais complicado Eacute necessaacuterio por isso caracterizar e
conhecer a magnitude e origem destas flutuaccedilotildees de modo a caraterizar a qualidade dos eleacutetrodos
desenvolvidos
O ruiacutedo eleacutetrodo-pele pode estar ligado agrave interface entre o eleacutetrodo e o eletroacutelito ou entatildeo
agrave interface eletroacutelito-pele No primeiro caso esta situaccedilatildeo pode ser mensurada atraveacutes da colocaccedilatildeo
de eleacutetrodos do mesmo tipo um contra o outro Por outro lado o ruiacutedo produzido pela interface
eletroacutelito-pele deve ser mensurado de uma forma indireta atraveacutes do contacto direto entre o eleacutetrodo
e a pele Nesta situaccedilatildeo o ruiacutedo eacute tipicamente mais elevado do que o que se obteacutem na interface
eleacutetrodo-eletroacutelito [3] Uma vez que os resultados obtidos nestes ensaios dependem diretamente do
estado da pele eacute importante garantir um tratamento preacutevio adequado
18
18
261 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio do tempo RMS e Deriva do potencial
A raiz do valor quadraacutetico meacutedio RMS (do inglecircs root mean square) ou valor eficaz eacute uma
medida estatiacutestica da magnitude de uma quantidade variaacutevel que pode ser calculada atraveacutes da
expressatildeo
120600119877119872119878 = radic1
119873 sum120600119894
2
119873
119894=1
= radic1206001
2 + 12060022 + ⋯+ 120600119873
2
119873 ( 11 )
Nos sinais a estudar satildeo calculados os valores RMS da parte alternada do sinal em intervalos
de tempo sucessivos Destes valores eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees acerca da evoluccedilatildeo temporal do
sinal assim como a quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo
Por outro lado a deriva do potencial eacute calculada recorrendo agrave primeira derivada do sinal nos
diferentes pontos pela componente contiacutenua do sinal sendo portanto de natureza lenta Eacute possiacutevel
por isso analisar a deriva do potencial e o tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema atraveacutes do recurso desde
caacutelculo
262 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio das frequecircncias Densidade espectral
A densidade espectral de potecircncia PSD eacute definida pela transformada de Fourier da funccedilatildeo
de autocorrelaccedilatildeo (Rxx (120591)) de um processo estacionaacuterio ou seja
Teorema de Wiener-Khintchine 119878119909(119891) = F[Rxx(120591)]= int Rxx(120591)119890minus 1198952120587119891120591119889120591infin
minusinfin
( 12 )
Por outras palavras a PSD descreve a distribuiccedilatildeo da variacircncia de um processo aleatoacuterio no
domiacutenio da frequecircncia [27][28]
No Matlab esta estimaccedilatildeo eacute feita atraveacutes da funccedilatildeo pwelch jaacute implementada esta segue o
meacutetodo Welch para o caacutelculo da PSD Este meacutetodo eacute baseado no conceito de utilizaccedilatildeo de
periodogramas de estimaccedilatildeo espectral que satildeo o resultado da conversatildeo de um sinal no domiacutenio
temporal para o domiacutenio da frequecircncia [29] Para isso o meacutetodo Welch segue o fundamento do
meacutetodo Bartlett contudo permite a sobreposiccedilatildeo de segmentos [30]
O meacutetodo Bartlett consiste primeiramente na divisatildeo do segmento original de N amostras em
K segmentos de comprimento M Para cada segmento eacute obtido o periodograma calculado atraveacutes da
transformada discreta de Fourier de seguida eacute calculado o quadrado do resultado e dividido por M
Finalmente eacute feita a meacutedia do resultado dos periodogramas para todos os segmentos de K amostras
resultando num uacutenico vetor de potenciais em funccedilatildeo da frequecircncia Ou seja a reparticcedilatildeo da potecircncia
ao longo do espetro [28]
19
19
27 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo da impedacircncia
Um sistema eletroquiacutemico eacute aquele onde haacute a presenccedila de pelo menos uma fase condutora
eletroacutenica (eleacutetrodo) em contato direto com uma fase condutora ioacutenica (eletroacutelito) as quais originam
a interface eleacutetrodo-eletroacutelito onde se forma duma dupla camada eleacutetrica
A mediccedilatildeo da impedacircncia eletroquiacutemica em modo potenciostaacutetico eacute feita atraveacutes da
aplicaccedilatildeo de um sinal de potencial eleacutetrico sinusoidal 119881(119905) com cerca de 5 a 20 mV numa ceacutelula
eletroquiacutemica Satildeo medidas a resposta na forma de corrente eleacutetrica 119868(119905) e diferenccedila de fase entre
o sinal de potencial e o sinal da corrente [31] Ao medir a corrente alternada que atravessa a ceacutelula
eletroquiacutemica obtemos a impedacircncia Z da forma convencional 119885 = 119881119868 [32] Refira-se que a obtenccedilatildeo
da impedacircncia pode igualmente ser feita impondo uma perturbaccedilatildeo de corrente e medindo o
potencial A impedacircncia do eleacutetrodo reflete entatildeo a capacidade do eleacutetrodo para transferir carga a
determinada frequecircncia [32][33]
Deste modo tem-se se os valores da tensatildeo alternada V(t) e da intensidade I(t) forem
representados por
V(t)=V0∙ cos ωt
( 13 )
I(t)=I0∙ cos (ωt+φ) ( 14 )
No qual V0 representa a amplitude de pico do sinal 120596 a frequecircncia angular (120596 = 2120587119891) I0 a
amplitude do sinal de corrente e 120593 a diferenccedila de fase entre os dois sinais
Pela equaccedilatildeo de Euler
eiφ= cos φ +j sin φ ( 15 )
temos entatildeo que se φ=120596119905
V(t)= V0∙Re(ejωt) ( 16 )
representando essa tensatildeo alternada como uma parte real de uma grandeza complexa
temos que V(t) eacute equivalente a
V(t)=V0∙Re(119888119900119904120596119905 + 119895 ∙ 119904119894119899 120596119905) ( 17 )
Por outro lado atendendo agrave Equaccedilatildeo de Euler acima descrita a corrente eleacutetrica gerada
por um elemento de circuito em resposta a uma tensatildeo alternada pode ser escrita como
I(t)=I0∙Re(119890(120596119905+120593))
( 18 )
Deste modo a impedacircncia fica
Z(ω)=Z0∙ejφ
( 19 )
e aplicando a equaccedilatildeo de Euler
Z(ω)=Z ( cos φ + j sin φ ) ( 20 )
20
20
Obtemos uma equaccedilatildeo composta de uma parte real e uma parte imaginaacuteria possibilitando
assim a sua representaccedilatildeo num plano cartesiano onde a parte real corresponderaacute ao eixo das abcissas
e a parte imaginaria ao eixo das ordenadas (Diagrama de Nyquist)
Pode-se tambeacutem representar a impedacircncia como um vetor no plano complexo
Z (ω)=Re[Z(ω)]i +Im[Z(ω)]j ( 21 )
E se Z0 for o moacutedulo da impedacircncia a parte real de 119885(120596) escreve-se
Z=Z0∙ cos φ
( 22 )
sendo a parte imaginaacuteria representada por
Z=Z0∙ sin φ
( 23 )
que segundo a representaccedilatildeo de Fresnel corresponde a
Z(ω)=Z+ j Z
( 24 )
ou seja
1198850=|Z(ω)|=radicZ2+ Z
2 ( 25 )
e
tan φ = Z
Zfrasl ( 26 )
Os diagramas de Nyquist satildeo uacuteteis para reconhecer o tipo de processo envolvido Os diagramas
de Bode por outro lado mostram a dependecircncia direta do acircngulo de fase com a frequecircncia Este
uacuteltimo eacute particularmente interessante em escalas de frequecircncia muito diferentes uma vez que eacute
frequentemente representado atraveacutes da escala logariacutetmica portanto os resultados nos capiacutetulos
subsequentes seratildeo apresentados neste formato
21
21
A teacutecnica de Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica (do inglecircs Electrochemical
Impedance Spectroscopy - EIS) fornece uma visatildeo completa e detalhada das caracteriacutesticas eleacutetricas
da interface eleacutetrodo-eletroacutelito quando efetuada
numa gama suficientemente largada de frequecircncias
Na Figura 11 estaacute representado um esquema da
montagem experimental para mediccedilatildeo da
impedacircncia As reaccedilotildees eletroquiacutemicas satildeo em
essecircncia reaccedilotildees quiacutemicas em que ocorrem
transferecircncia de eletrotildees para um eleacutetrodo e como
regra ocorrem de acordo com princiacutepios quiacutemicos
gerais Haacute contudo certas caracteriacutesticas das
reaccedilotildees eletroquiacutemicas que satildeo uacutenicas Algumas
delas envolvem a transferecircncia de eletrotildees atraveacutes
de uma interface (reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo) o
que acarreta uma dependecircncia com as dimensotildees e
aacuterea do eleacutetrodo assim como tambeacutem das
propriedades da interface com o eleacutetrodo
Eacute habitual que os eleacutetrodos de AgAgCl apresentem potenciais relativamente baixos e
estaacuteveis Portanto a deposiccedilatildeo da camada de AgCl estabilizaraacute o potencial do eleacutetrodo e reduziraacute os
niacuteveis de impedacircncia Eacute de salientar que impedacircncias aceitaacuteveis para os eleacutetrodos de superfiacutecie devem
encontrar-se abaixo dos 5 k uma vez que quanto maior a impedacircncia maior seraacute a resistecircncia do
eleacutetrodo agrave passagem de corrente No entanto valores de 10 k ou mesmo 40 K ainda satildeo
considerados aceitaacuteveis dependendo dos autores [34][35]
Figura 11 Esquema representativo do ensaio potenciostaacutetico para mediccedilatildeo da impedacircncia
22
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Capiacutetulo 3 Materiais e meacutetodos
Materiais e meacutetodos
31 Preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes
Na preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes dissolveu-se cloreto de soacutedio (NaCl) em aacutegua
adicionando de seguida um tensioativo (tweencopy-80) e um humectante (propilenoglicol) As
concentraccedilotildees destes componentes variaram nas 3 soluccedilotildees conforme referido na Tabela 2 Conveacutem
referir que cada componente foi dissolvido em constante e contiacutenua agitaccedilatildeo numa placa de
agitaccedilatildeo tendo-se misturado primeiro o propilenogicol com o tweencopy e soacute depois com os restantes
compostos
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas
COMPONENTE INFORMACcedilAtildeO DO COMPONENTE SOLUCcedilAtildeO
1 2 3
NaCl (mV) VWR-BDH Prolabo Lote 27810295
09 09 09
Tweencopy-80 (VV) Acofarma
Lote 130287 3 3 5
Propilenoglicol(VV) Acofarma
Lote 131337 10 30 30
Aacutegua (VV) - qbp 100 qbp 100 qbp 100
A biocompatibilidade das mateacuterias-primas empregues para a obtenccedilatildeo das soluccedilotildees torna este
novo conceito de eleacutetrodo uma alternativa promissora para utilizaccedilatildeo cliacutenica Esta biocompatibilidade
estaacute inversamente relacionada com a concentraccedilatildeo de cloretos de soacutedio ou seja quanto menor a
concentraccedilatildeo tanto maior a biocompatibilidade das soluccedilotildees Por esse motivo as soluccedilotildees
desenvolvidas contavam com pequenas concentraccedilotildees de sais de modo a ser o mais semelhante
possiacutevel aos componentes ioacutenicos da proacutepria pele humana
24
24
32 Produccedilatildeo dos novos eleacutetrodos
321 Produccedilatildeo da estrutura porosa de policarbonato
A produccedilatildeo da estrutura porosa (wicks) foi realizada atraveacutes da sinterizaccedilatildeo de poacutes de
policarbonato (PC)
No que diz respeito ao processo de fabrico propriamente
dito o primeiro passo consistiu na moagem da mateacuteria-prima
(policarbonato) de seguida estas partiacuteculas foram sinterizadas
atraveacutes de um equipamento designado por cilindro de sinterizaccedilatildeo
Este cilindro foi aquecido a uma temperatura de asymp170degC e atingida
esta gama de temperaturas colocaram-se as partiacuteculas no molde
ldquoWickrdquo com as dimensotildees apresentadas na Figura 12 que se
encontrava dentro do cilindro central Procedeu-se
imediatamente ao encaixe do pistatildeo no cilindro central Para
finalizar mergulhou-se em aacutegua fria o cilindro central contendo o
molde deixando de seguida secar agrave temperatura ambiente [36]
322 Preparaccedilatildeo dos eleacutetrodos de pratacloreto de prata
Para a deposiccedilatildeo da camada de cloreto de prata nos fios de prata recorreu-se a uma teacutecnica
de deposiccedilatildeo quiacutemica Para isso os fios de prata (Ag) (diacircmetro = 250 miacutecron 9999 Goodfellow
Cambridge) foram oxidados com uma soluccedilatildeo de cloreto de ferro (III) (MERCK Lote 7705-08-0) apoacutes
um preacute-tratamento que permitiu a remoccedilatildeo de impurezas e sujidades presentes na superfiacutecie dos fios
Este preacute-tratamento consistiu na limpeza da superfiacutecie dos fios com 2-propanol e posterior imersatildeo
dos mesmos numa tina de ultrassons com 2-propanol durante 10 minutos De seguida mergulharam-
se os fios de prata em aacutegua destilada de forma a remover todo o 2-propanol presente Finalmente
o processo de oxidaccedilatildeo consistiu em submergir os fios de prata numa soluccedilatildeo aquosa de FeCl3 50 mM
durante 2 minutos ao finalizar este periacuteodo foram armazenados durante 24h num recipiente revestido
com folha de alumiacutenio que possuiacutea uma soluccedilatildeo de HCl 01M para estabilizaccedilatildeo Os fios que natildeo foram
utilizados imediatamente foram armazenados num recipiente revestido com folha de alumiacutenio com
uma soluccedilatildeo de HCl 0005M O comprimento de cada fio de prata eacute aproximadamente de 8 cm
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato
25
25
323 Montagem dos eleacutetrodos
Apoacutes o fabrico da estrutura porosa e da preparaccedilatildeo dos
fios de prata procedeu-se agrave montagem dos eleacutetrodos para isso
cortaram-se pequenas porccedilotildees de uma esponja em poliuretano
com configuraccedilatildeo ciliacutendrica e um diacircmetro semelhante ao da
parte superior da estrutura porosa De seguida atravessou-se esta
esponja com o fio de prata e inseriu-se o conjunto ldquoesponja +
arame de pratardquo dentro de um orifiacutecio superior que a estrutura
porosa possui Finalmente incorporou-se esta estrutura dentro de
um tubo de PVC de modo a atingir a configuraccedilatildeo apresentada na
Figura 13
33 Preparaccedilatildeo dos ensaios
Antes do iniacutecio dos ensaios os eleacutetrodos foram previamente lavados com 2-propanol e
colocados na estufa de modo a evaporar os resiacuteduos do aacutelcool Posteriormente foi aplicada a soluccedilatildeo
hidratante que se pretendia estudar de modo a que a esponja ficasse completamente embebida Desta
forma por uma parte os novos eleacutetrodos em estudo foram testados recorrendo agraves soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 e por outra os eleacutetrodos que serviram como controlo (eleacutetrodo de AgAgCl
(BIO EASYCAP GmbH Alemanha)) utilizaram o gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) Foram tambeacutem utilizados eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) como referecircncia
Para os estudos eletroquiacutemicos incorporaram-se os eleacutetrodos numa montagem constituiacuteda por
um potenciostatogalvanostato Gamry G-300 (Gamry Instruments USA) De modo a diminuir o ruiacutedo
eletroacutenico os ensaios foram todos realizados dentro de uma Gaiola de Faraday Eacute importante referir
que uma vez o nosso sistema de aquisiccedilatildeo de dados era ldquoearth groundedrdquo seguiu-se a sugestatildeo da
bula do Gamry e optou-se unicamente por ligar o ldquofloating groundrdquo agrave gaiola
34 Condiccedilotildees dos ensaios
A primeira parte do trabalho foi desenvolvida laquoIn vitroraquo com eleacutetrodos multipino foi feito
entatildeo um estudo do ruido eletroquiacutemico entre eleacutetrodos do mesmo tipo nas diferentes soluccedilotildees
referidas na Tabela 2 De seguida realizou-se um estudo das impedacircncias dos novos eleacutetrodos nas
diferentes soluccedilotildees seguidos por um estudo de controlo realizado nas mesmas condiccedilotildees com o
eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente e o correspondente gel hidratante Estes ensaios foram
reproduzidos 3 vezes uma vez que em estudos anteriores jaacute se tinha verificado uma boa
reprodutibilidade dos ensaios
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios
26
26
Na segunda fase dos estudos realizou-se uma avaliaccedilatildeo do ruido da impedacircncia vs frequecircncia
laquoIn vivoraquo com as diferentes soluccedilotildees Estes ensaios foram realizados em 8 voluntaacuterios saudaacuteveis 6 do
sexo feminino e 2 do masculino Deste modo consegue-se escolher uma soluccedilatildeo para avanccedilar ao
estaacutegio seguinte que consistia na mediccedilatildeo e comparaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos obtidos tanto
com os eleacutetrodos de controlo como com os eleacutetrodos multipino porosos com a soluccedilatildeo hidratante mais
adequada Os resultados foram obtidos com a participaccedilatildeo de 2 voluntaacuterios saudaacuteveis de ambos sexos
341 Ensaios laquoIn vitroraquo
3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito
Nos ensaios de ruiacutedo eletroquiacutemico apenas foram utilizados eleacutetrodos multipino porosos
Fig14 (b) sendo um ligado ao terminal do eleacutetrodo de trabalho e o outro ao terminal do eleacutetrodo de
referecircncia A distacircncia entre os eleacutetrodos foi controlada durante o decorrer dos ensaios optando-se
por uma distacircncia de 3 cm entre os dois eleacutetrodos Foi tambeacutem realizada uma montagem de controlo
nas mesmas condiccedilotildees contudo esta era constituiacuteda por dois eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel
Electro-Cap International Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA)
Estabelecida a montagem do sistema eletroacutenico procedeu-se agrave mediccedilatildeo do ruiacutedo eleacutetrico em
circuito aberto para isso recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software ldquoESA410 Data Acquisitionrdquo da Gamry
um software projetado especificamente para a aquisiccedilatildeo e anaacutelise de sinais de ruiacutedo eletroquiacutemico
[37] Para aquisiccedilatildeo dos dados o ESA410trade associa-se ao potenciostato Gamry que faz aquisiccedilatildeo dos
dados em modo potenciostaacutetico a recolha dos dados eacute feita em circuito aberto O teste para cada
eleacutetrodo foi realizado ao longo de 12 minutos com uma taxa de amostragem constante de 1000 Hz
ao longo de todo o teste e um filtro de 10 A frequecircncia de amostragem foi escolhida tendo em conta
o Teorema de Nyquist que afirma que a frequecircncia de amostragem de um sinal analoacutegico para que
possa posteriormente ser reconstituiacutedo com o miacutenimo de perda de informaccedilatildeo deve ser igual ou maior
a duas vezes a maior frequecircncia do espectro desse sinal 119861 le119891119904
2 Por outras palavras a frequecircncia
maacutexima do sinal de entrada deveraacute ser menor ou igual a metade da taxa de amostragem [38] Para
que isto seja conseguido o sistema incorpora um filtro passa-baixo ldquoanti-aliasrdquo (deixa passar baixas
frequecircncias mas atenua as frequecircncias maiores do que a frequecircncia de Nyquist) [39]
3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito
Na montagem eletroacutenica dos ensaios de impedacircncia o contra eleacutetrodo era representado por
um eleacutetrodo comercial de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) o eleacutetrodo de trabalho um
eleacutetrodo poroso multipino (cada ensaio com as suas diferentes soluccedilotildees) e o eleacutetrodo de referecircncia
um eleacutetrodo de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) Fig14 (a) Optou-se tambeacutem pela
27
27
implementaccedilatildeo de um controlo com eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap International
Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap International Inc USA)
A obtenccedilatildeo dos dados eacute feita atraveacutes da teacutecnica de espectroscopia de impedacircncia
eletroquiacutemica em modo potenciostaacuteticordquo presente no software EIS300TM da Gamry neste modo de
funcionamento eacute aquirido um espectro de impedacircncia ao longo do intervalo de frequecircncias de 10 kHz
ateacute 01 Hz com uma tensatildeo AC aplicada (5 mV RMS) da tensatildeo de desvio DC (0 V vs circuito aberto)
e representados 3 pontos por deacutecada
(a) (b)
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo
342 Ensaios laquoIn vivoraquo
3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele
De modo a mensurar o ruiacutedo
causado pela interface entre o eletroacutelito e
a pele procedeu-se agrave montagem de um
sistema semelhante ao utilizado nos
ensaios do ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito dentro
de uma gaiola de Faraday contudo estes
ensaios foram realizados laquoIn vivoraquo
procedendo-se agrave colocaccedilatildeo dos dois
eleacutetrodos na zona anterior da tiacutebia com
um espaccedilo entre eles de 3 cm (Figura 15)
apoacutes a superfiacutecie da pele ter sido limpa
com etanol a 70
A montagem contava com um sistema de seguranccedila inserido em seacuterie no sistema de mediccedilatildeo
e que corta a corrente se esta for superior a 100 microA
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
28
28
A mediccedilatildeo do ruido foi feita tendo em conta o tipo de eleacutetrodo tendo-se para isso optado por
fazer as mediccedilotildees com eleacutetrodos do mesmo tipo ou seja num primeiro ensaio mensurou-se o ruido
entre 2 eleacutetrodos de pratacloreto de prata com o respetivo gel hidratante e numa segunda
abordagem optou-se por mensurar o ruido entre dois dos eleacutetrodos porosos com as diferentes soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 Contudo foi controlada a pressatildeo da banda que fixava os eleacutetrodos porosos
agrave tiacutebia sendo estipulado o valor da pressatildeo no intervalo de 15N a 2N
Neste ensaio o primeiro eleacutetrodo encontra-se ligado aos terminais dos eleacutetrodos de trabalho
o segundo ao terminal da referecircncia e o cabo do ground foi ligado agrave gaiola
Os paracircmetros dos ensaios foram os mesmos que os utilizados para a mediccedilatildeo do ruido
eleacutetrodo-eletroacutelito apresentados na secccedilatildeo 3411 contudo o tempo de aquisiccedilatildeo de sinal foi
reduzido a 5 minutos de modo a minorar o tempo de exposiccedilatildeo dos voluntaacuterios aos exames
3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele
laquoIn vivoraquo estes ensaios foram feitos logo
apoacutes a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico portanto a
superfiacutecie da pele se encontrava limpa e a
colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos obedecia agrave regra dos 3 cm
de distacircncia entre eleacutetrodos e 15-2N de pressatildeo
Para a mediccedilatildeo da impedacircncia eacute utilizada uma
configuraccedilatildeo diferente como referido no capitulo
33 Satildeo portanto utilizados 2 eleacutetrodos
comerciais de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH
Alemanha) um como referecircncia e outro como
contra eleacutetrodo e o eleacutetrodo em estudo
propiamente dito seja este o comercial (controlo)
ou o novo eleacutetrodo (Figura 16)
Os resultados obtidos para as diferentes
frequecircncias aleacutem de poderem ser representados
pelo diagrama de Nyquist como referido anteriormente podem tambeacutem ser representados num
Diagrama de Bode Neste diagrama a distribuiccedilatildeo dos valores de impedacircncia por vaacuterias ordens de
grandeza eacute representada em coordenadas polares (magnitude log|119885| em funccedilatildeo de log120596 )
3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos primariamente limpou-se a superfiacutecie do
escalpe com aacutelcool a 70 de modo a minimizar a camada gordurosa da pele De seguida procedeu-se
agrave colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos Foram colocados dois eleacutetrodos de AgAgCl (comerciais) um de forma a
servir como controlo (posiccedilatildeo O2) e outro em curto-circuito com o ground e a referecircncia (posiccedilatildeo
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino
durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia
29
29
Fp2) O eleacutetrodo poroso em estudo colocou-se a cerca de 3 cm do eleacutetrodo de AgAgCl posiccedilatildeo O2
de modo a captar o mesmo sinal que o obtido pelo eleacutetrodo de controlo (Figura 17)
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos
35 Implementaccedilatildeo em Matlab
Apoacutes a importaccedilatildeo do ficheiro obtido nos ensaios de ruiacutedo para o Matlab foi criado um filtro
Butterworth de ordem 20 de 05 ateacute 40 Hz atraveacutes da funccedilatildeo jaacute implementada pelo Matlab
ldquofdesignbandpassrdquo De seguida eacute aplicado o filtro duas vezes A primeira desde o primeiro ponto ateacute
o uacuteltimo e o segundo na ordem inversa Deste modo consegue-se natildeo soacute uma filtragem dupla mas
tambeacutem o cancelamento da fase dos filtros Assim efetivamente o filtro utilizado eacute de ordem 40 de
fase nula
De seguida eacute dividido o ensaio em segmentos de 30 segundos rejeitando os primeiros 10
segundos do ensaio Para cada segmento natildeo sobreposto eacute calculado o valor RMS da tensatildeo a
densidade espectral de potecircncia atraveacutes da estimaccedilatildeo pwelch do Matlab e o declive meacutedio (primeira
derivada do sinal) Contudo no final eacute calculada tambeacutem a densidade espectral de potecircncia global
que eacute expressa em dB
30
30
31
31
Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos
Resultados obtidos e discussatildeo
41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo
411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos
eleacutetrodos
Neste estudo eacute de extrema relevacircncia a eleiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante a utilizar Para isso
recorreu-se agrave realizaccedilatildeo de vaacuterios ensaios que possibilitassem uma avaliaccedilatildeo objetiva da resposta do
sistema Efetuou-se entatildeo primeiro uma anaacutelise do ruiacutedo ao longo de 12 minutos com os eleacutetrodos
multipino nas diferentes soluccedilotildees (um medido contra o outro) e a respetiva referecircncia de seguida
realizou-se um ensaio para mensurar a resistecircncia agrave passagem de corrente com os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees e a respetiva referecircncia
Assim sendo a Figura 18 revela a impedacircncia dos eleacutetrodos nas diferentes soluccedilotildees testadas
Nesta pode-se observar que a soluccedilatildeo 1 apresenta niacuteveis de impedacircncia ligeiramente mais baixos que
as restantes soluccedilotildees Contudo os seus niacuteveis encontram-se uma deacutecada acima dos valores obtidos
pelo eleacutetrodo e AgAgCl utilizado comercialmente com o respetivo gel hidratante Observa-se ainda
que os desvios padratildeo satildeo tatildeo baixos que quase natildeo satildeo percetiacuteveis o que significa que os ensaios satildeo
bastante reprodutiacuteveis Eacute tambeacutem importante notar que ao longo de todas as frequecircncias testadas
os valores de impedacircncia aleacutem de se encontrarem todos abaixo dos valores maacuteximos permitidos (20-
40 k) [35] encontram-se ainda abaixo dos 5 k referidos como valores de impedacircncia ideal por vaacuterios
fornecedores [40][41] o que eacute de extrema relevacircncia nos passos subsequentes de aquisiccedilatildeo do sinal
uma vez que eacute indispensaacutevel ter baixos niacuteveis de impedacircncia para conseguir captar ondas cerebrais
32
32
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Foram ainda feitas mediccedilotildees de ruiacutedo nas mesmas condiccedilotildees Realizando-se de seguida uma
anaacutelise no domiacutenio temporal e outra no domiacutenio das frequecircncias Para isso como foi referido no
capitulo 35 recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software Matlab A primeira anaacutelise eacute feita no domiacutenio
temporal (Figura 19 (a)) sob a forma de um graacutefico da tensatildeo meacutedia (RMS) em funccedilatildeo do tempo que
eacute obtida apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa-alto de modo a retirar a componente DC do sinal e assim
obter um sinal de ruiacutedo para altas frequecircncias que seraacute representado em periacuteodos de 30 segundos
Deste modo eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees da quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo de
estabilizaccedilatildeo do eleacutetrodo O que se observa eacute que os niacuteveis de ruiacutedo ao longo do tempo variam entre
185 microV ateacute 2 microV o que equivale a uma variaccedilatildeo maacutexima de 015 microV tanto para os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees como para o eleacutetrodo de AgAgCl no respetivo gel hidratante Observa-se
ainda que aleacutem das pequenas variaccedilotildees ao longo do tempo o desvio padratildeo para todas as soluccedilotildees eacute
muito semelhante sugerindo que natildeo haacute diferenccedilas significativas a niacutevel das soluccedilotildees implementadas
Eacute ainda de salientar que natildeo se observa nenhuma evoluccedilatildeo de ruiacutedo ao longo do tempo o que sugere
uma estabilizaccedilatildeo do sistema muito raacutepida A segunda anaacutelise no domiacutenio temporal corresponde ao
declive meacutedio (Figura 19 (b)) foi realizada recorrendo agrave primeira derivada do sinal em DC obtido a
cada 30 segundos Deste graacutefico eacute possiacutevel retirar informaccedilatildeo referente agrave deriva do potencial e ao
tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema Assim recorrendo agrave sua visualizaccedilatildeo observa-se que a
estabilizaccedilatildeo eacute feita de forma semelhante para todas as soluccedilotildees Contudo a soluccedilatildeo 3 apresenta
menos variaccedilotildees ao longo do tempo valores mais proacuteximos de zero e maior reprodutibilidade entre
ensaios Finalmente o teste de controlo efetuado com os eleacutetrodos comerciais de AgAgCl no gel
aparentam ser ligeiramente menos estaacuteveis contudo os valores se encontram na mesma gama de
tensotildees
33
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Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Para concluir realizou-se uma anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias para isso recorreu-se ao
graacutefico da densidade espectral de tensatildeo (Figura 20) Nele observa-se que os resultados do ruiacutedo do
sinal aumentam com a diminuiccedilatildeo das frequecircncias numa proporccedilatildeo 119903119906iacute119889119900 ~ 1 119891119903119890119902119906ecirc119899119888119894119886frasl
confirmando os estudos feitos por E Huigen em 2002 [20] No entanto estes tendem a estabilizar a
partir dos 10 Hz em valores proacuteximos dos -238 dB Eacute de referir que a para frequecircncias elevadas o
sinal de ruiacutedo eacute determinado pelo ruiacutedo do amplificador e natildeo pelo ruiacutedo da interface metal-eletroacutelito
uma vez que este eacute significativamente menor do que o ruiacutedo do amplificador impedindo assim a sua
mediccedilatildeo mesmo com equipamentos de baixo ruiacutedo [20]
34
34
Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
35
35
a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
36
36
Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
37
37
Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
38
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Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
39
39
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
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Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
41
41
Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
42
42
Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
43
43
Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
44
44
VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
45
45
Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
46
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
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Anexos
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Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os
correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 32
Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 33
Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 34
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 35
Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz
respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 36
Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 37
Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 38
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 39
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa) 40
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para
os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas 40
Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 42
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 42
Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos 43
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Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso
com os olhos fechados 43
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 44
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 44
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos 45
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados 45
xiii
Lista de tabelas
Tabela 1 Classificaccedilatildeo convencional dos sinais de EEG tendo em conta a gama de frequecircncias em que se encontram com indicaccedilatildeo das situaccedilotildees tiacutepicas de ocorrecircncia [6] 2
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas 23
xv
Abreviaturas e Siacutembolos
Acroacutenimos
EEG Eletroencefalograma
NMF Natural moisturizer factor
PC Policarbonato
PCA Aacutecido carboxiacutelico da pirrolidona
PVC Policloreto de polivinilo
RMS Root mean square (Erro quadraacutetico meacutedio)
SNR ou SN Signal-to-noise ratio (Relaccedilatildeo sinal-ruiacutedo)
EIS Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica
ICM Interface ceacuterebro-maacutequina
Lista de siacutembolos
Ohm
1
Capiacutetulo 1 Introduccedilatildeo
Introduccedilatildeo
O eletroencefalograma (EEG) eacute o registo graacutefico dos potenciais eleacutetricos desenvolvidos no ceacuterebro
que eacute utilizado para o seu estudo Isto eacute feito atraveacutes de eleacutetrodos aplicados no couro cabeludo
diretamente na superfiacutecie encefaacutelica ou ateacute mesmo dentro da substacircncia encefaacutelica [1] O
procedimento foi descrito pela primeira vez pelo fisiologista alematildeo Emil du Bois-Reymond que
descobriu que a propagaccedilatildeo do estiacutemulo nervoso nos neuroacutenios resultava no surgimento de uma
corrente eleacutetrica Contudo soacute comeccedilou a ser usado em 1929 apoacutes Hans Berger (psiquiatra alematildeo)
ter conseguido obter a primeira imagem graacutefica das diferenccedilas de potencial presentes no ceacuterebro
[1][2] A combinaccedilatildeo dos diferentes sinais eacute captada pelos eleacutetrodos sob a forma de uma diferenccedila
de potencial entre cada par de eleacutetrodos (configuraccedilatildeo bipolar) ou entre cada eleacutetrodo e uma
referecircncia (configuraccedilatildeo monopolar) O princiacutepio baacutesico de obtenccedilatildeo dos traccedilados
eletroencefalograacuteficos (EEG) eacute a amplificaccedilatildeo dos sinais eleacutetricos atraveacutes da utilizaccedilatildeo de
amplificadores operacionais de instrumentaccedilatildeo [1][3][4] Estes dispositivos satildeo capazes de amplificar
pequenas diferenccedilas de potencial entre dois pontos do couro cabeludo gerando de seguida na forma
claacutessica por meio de um dispositivo chamado galvanoacutemetro de fio com registador e na forma atual
por meio de digitalizaccedilatildeo e impressatildeo um traccedilado graacutefico com diferentes formas de onda que podem
ser interpretados por especialistas na aacuterea [1][3]
Natildeo se sabe ainda interpretar completamente o significado das ondas do eletroencefalograma
mas sabe-se que estas satildeo geradas pela atividade sinaacuteptica dos neuroacutenios do coacutertex cerebral e pelas
informaccedilotildees neuro-eleacutetricas provenientes dos sistemas sensoriais Os traccedilados resultantes deste
exame quando o individuo se encontra acordado satildeo essencialmente dessincronizados isto eacute
compostos por ondas de tensotildees reduzidas e frequecircncias relativamente altas (ritmos alfa e beta)
Contudo quando o individuo se encontra a dormir e uma vez que nessa situaccedilatildeo o taacutelamo natildeo deixa
passar tatildeo facilmente a informaccedilatildeo que recebe os traccedilados dos potenciais sinaacutepticos do coacutertex
tornam-se menores menos variados e mais sincronizados [5] As ondas deste tipo podem ser descritas
atraveacutes da sua gama de frequecircncias ou de comprimentos de onda e periacuteodos associados e das
amplitudes sendo estas natildeo superiores aos 150 μV e a gama de frequecircncias encontrando-se entre os
05 e 60 Hz num EEG normal sendo portanto estes paracircmetros de grande importacircncia e a ter em
conta na anaacutelise destas ondas [6] Por convenccedilatildeo os sinais satildeo classificados em quatro bandas de
frequecircncia conforme ilustrado na Tabela 1
2
2
Tabela 1 Classificaccedilatildeo convencional dos sinais de EEG tendo em conta a gama de frequecircncias em
que se encontram com indicaccedilatildeo das situaccedilotildees tiacutepicas de ocorrecircncia [6]
ONDA FREQUEcircNCIA OCORREM DURANTE
Delta lt35 Hz Momentos do sono profundo
Theta 4-7 Hz Meditaccedilatildeo e relaxamento profundo
Alfa 8-13 Hz Estados mentais relaxados e no
sono
Beta gt13 Hz Estado normal de vigila
As designadas mediccedilotildees eletroencefalograacuteficas tecircm sido amplamente desenvolvidas e exploradas
por vaacuterios motivos que incluem a sua elevada resoluccedilatildeo temporal (na ordem dos milissegundos) e a
sua sensibilidade tanto agrave duraccedilatildeo como agrave intensidade da atividade neural resultado da sincronizaccedilatildeo
da atividade dos neuroacutenios Eacute tambeacutem uma teacutecnica muito atrativa uma vez que representa um
baixiacutessimo risco para os pacientes por ser um meacutetodo geralmente natildeo invasivo A teacutecnica EEG tem a
grande vantagem de possuir uma excelente resoluccedilatildeo temporal dos sinais Contudo sua principal
limitaccedilatildeo passa pela resoluccedilatildeo espacial uma vez que a propagaccedilatildeo da atividade eleacutetrica ao longo das
vias fisioloacutegicas e do cracircnio pode dar uma impressatildeo errada da localizaccedilatildeo da fonte da atividade
eleacutetrica resultando numa insuficiecircncia de detalhes espaciais para identificar as estruturas e funccedilotildees
relacionadas com a atividade eleacutetrica Todavia embora o sinal eleacutetrico tenha de ser transmitido
atraveacutes dos tecidos e isto provoca uma reduccedilatildeo da intensidade do sinal e pequenas distorccedilotildees assume-
se que esta atividade eacute a mesma tanto na superfiacutecie do coacutertex (local onde as ondas emergem) como
no escalpe (local onde as ondas satildeo coletadas) [5][7]
Na literatura aparecem relatos do uso de vaacuterios tipos de EEG para avaliar grupos de pacientes com
diferentes doenccedilas tais como tumores enxaquecas depressotildees e esquizofrenia no entanto na
clinica o EEG eacute sobretudo utilizado para diagnosticar doenccedilas vasculares cerebrais demecircncias e
encefalopatias [7][8][9] Todavia as aplicaccedilotildees hoje em dia para este tipo de sinais e seus sistemas
de eleacutetrodos satildeo inuacutemeras podendo-se destacar as interfaces ceacuterebro-maacutequina como uma das
principais Este tipo de interfaces procura atraveacutes das ondas produzidas no foro cerebral controlar
equipamentos sejam estes cliacutenicos ou natildeo Eacute possiacutevel detetar padrotildees de ativaccedilatildeo gerados pelo
ceacuterebro atraveacutes da colocaccedilatildeo de eleacutetrodos e anaacutelise dos sinais eletroencefalograacuteficos recolhidos tanto
no exterior como no interior da superfiacutecie encefaacutelica Os sinais captados indicam a atividade cerebral
do utilizador que apoacutes deteccedilatildeo e classificaccedilatildeo satildeo traduzidos para uma saiacuteda como por exemplo
o movimento de um cursor de um computador associado ao rato ou de qualquer dispositivo artificial
externo Os sinais de EEG natildeo-invasivos satildeo utilizados em aplicaccedilotildees de Interface ceacuterebro maacutequina
(ICM1) pois estes oferecem um niacutevel de qualidade de sinal aceitaacutevel que combina custos reduzidos e
facilidade de utilizaccedilatildeo[10]
Com o surgimento de outros meacutetodos de diagnoacutestico a utilizaccedilatildeo da eletroencefalografia entrou
em decaimento no entanto a associaccedilatildeo desta teacutecnica com o domiacutenio informaacutetico os seus baixos
1 ldquoA Interface ceacuterebro-maacutequina eacute um sistema que permite a interaccedilatildeo entre o utilizador e o meio que o cerca utilizando sinais de controlo gerados por meio da atividade cerebral O aprimoramento das pesquisas em ICM estaacute relacionado principalmente com os avanccedilos da neurofisiologia e computaccedilatildeo As pesquisas iniciais
dedicaram-se ao desenvolvimento de dispositivos de comunicaccedilatildeo de pessoas que perderam o controlo muscular voluntaacuterio (hellip)rdquo Mussatto Greice em [10] Atualmente satildeo frequentemente direcionados para auxiliar aumentar ou reparar a cogniccedilatildeo humana ou as funccedilotildees sensoriais e motoras
3
3
custos (quando comparados com as outras teacutecnicas) a facilidade na realizaccedilatildeo dos exames o pequeno
espaccedilo ocupado pelos equipamentos e a sua natureza inoacutecua vieram a dar-lhe um novo impulso
conquistando um lugar proeminente no diagnoacutestico de vaacuterias patologias cerebrais [11][12] Isso tornou
possiacutevel inclusive o mapeamento cerebral em escala de cores (a gradaccedilatildeo das cores relaciona-se
com a amplitude dos potenciais) muito popular atualmente As teacutecnicas para a obtenccedilatildeo e registo
foram por isso aprimoradas nos uacuteltimos anos evoluindo do registo em papel com um nuacutemero reduzido
de canais ao registo contiacutenuo em equipamentos de ateacute 256 canais acoplado ao registo de viacutedeo digital
atraveacutes de equipamentos dotados com sistemas wireless peccedilas de hardwares e softwares sofisticadas
para armazenamento de dados e complementar a anaacutelise visual atraveacutes da anaacutelise computacional
Contudo embora os avanccedilos informaacuteticos tenham sido importantes para o desenvolvimento desta
teacutecnica a questatildeo do eleacutetrodo a utilizar nas mediccedilotildees eacute essencial uma vez que os bioeleacutetrodos de
superfiacutecie satildeo responsaacuteveis pela captaccedilatildeo dos sinais na interface entre a pele e o equipamento de
aquisiccedilatildeo e registo sendo tambeacutem considerados o elo mais fraco na cadeia de aquisiccedilatildeo de sinal
(constituindo a maior fonte de ruiacutedo e de instabilidade) [12]
Existe uma vasta gama de eleacutetrodos disponiacuteveis incluindo eleacutetrodos de superfiacutecie descartaacuteveis ou
reutilizaacuteveis e eleacutetrodos profundos[13] Dentro dos eleacutetrodos profundos (intracranianos) mais
utilizados encontram-se os eleacutetrodos intracerebrais e os subdurais Eacute importante referir a existecircncia
destes eleacutetrodos contudo os eleacutetrodos abordados neste relatoacuterio satildeo os eleacutetrodos de superfiacutecie ou
seja aqueles que satildeo colocados sobre o escalpe Existem vaacuterias alternativas para a sua classificaccedilatildeo
todavia aqui seratildeo abordadas aquelas que se relacionam com a presenccedila ou ausecircncia de produtos
hidratantes utilizando o termo ldquoeleacutetrodos huacutemidosrdquo para aqueles que necessitam de uma soluccedilatildeo
hidratantegel e ldquoeleacutetrodos secosrdquo para aqueles que natildeo a exigem
Os principais tipos de eleacutetrodos utilizados na cliacutenica atualmente para a recolha de sinais
eletroencefalograacuteficos satildeo os eleacutetrodos de prata ouro e estanho Um eleacutetrodo do tipo Prata-Cloreto
de Prata (AgAgCl) (Figura 1) eacute um tipo de eleacutetrodo considerado como tendo caracteriacutesticas desejaacuteveis
de qualidade e estabilidade que o tornam em geral um eleacutetrodo de referecircncia no estado da arte
sendo vulgarmente utilizado em mediccedilotildees eletroquiacutemicas [14] Os fenoacutemenos que ocorrem quando
um eleacutetrodo metaacutelico entra em contacto com um eletroacutelito estatildeo na base da captaccedilatildeo dos sinais que
se pretende realizar Ocorre uma troca ioacutenica como resultado de uma reaccedilatildeo eletroquiacutemica associada
ao contacto Existindo uma tendecircncia para que os aacutetomos do metal percam eletrotildees e estes passem
para o eletroacutelito (oxidaccedilatildeo) fazendo assim com que o eleacutetrodo fique carregado negativamente no
que diz respeito ao eletroacutelito Contudo natildeo se trata de um processo estaacutetico e por conseguinte ocorre
igualmente a reaccedilatildeo contraacuteria ateacute se estabelecer o equiliacutebrio (reduccedilatildeo) [14] Este processo eacute descrito
pela Equaccedilatildeo de Nernst atraveacutes da qual eacute possiacutevel obter a constante de equiliacutebrio de uma
determinada reaccedilatildeo que envolva transferecircncia de eletrotildees Deste modo para uma reaccedilatildeo de
oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo (redox) temos
minus119899 119865119864 = minus119899 1198651198640 + 119877119879 119897119899 119876 hArr 119864 = 1198640 minus119877119879
119899119865119897119899 119876
( 1 )
Verifica-se que no ponto de equiliacutebrio o valor de Q pode ser descrito como K (contante de
equiliacutebrio da reaccedilatildeo) e considerando a constante universal dos gases perfeitos (R = 831 J K-1 mol-1 )
a carga eleacutetrica de uma mole de eletrotildees (F = 96485 Cmiddotmol-1) e que o ensaio decorre agrave temperatura
ambiente (T = 2982 K (25 degC)) obteacutem-se
E=E0-00257
nlnQ hArr 0=E0-
00257
nlnK hArr E0=
00257
nlnK hArr lnK=
n ∙ E0
00257
( 2 )
4
4
Onde Eordm se obteacutem a partir dos potenciais normais dos eleacutetrodos n eacute o nuacutemero de moles de eletrotildees
transferidos e Q eacute o quociente entre os produtos das atividades de produtos e reagentes na reaccedilatildeo
No caso da pele humana existem pequenas quantidades de NaCl (01-04) desta forma o aniatildeo
cloreto presente iraacute reagir com a prata do eleacutetrodo dando origem a uma diferenccedila de potencial
relacionado com a concentraccedilatildeo de cloreto [3] Portanto as trocas ioacutenicas que ocorrem na pele na
presenccedila deste eleacutetrodo satildeo representadas na ( 3
119860119892 + 119862119897minus 119860119892119862119897 + 119890minus ( 3 )
Este tipo de eleacutetrodos satildeo os mais utilizados hoje em dia na clinica
e satildeo fabricados como o nome o indica em prata agrave qual eacute aplicado um
revestimento de cloreto de prata Trata-se de um metal bem tolerado
pelo organismo humano que permite a obtenccedilatildeo de bons resultados
uma vez que aleacutem disso estes apresentam niacuteveis de ruido reduzidos e
natildeo satildeo facilmente polarizaacuteveis [3] no entanto a sua utilizaccedilatildeo exige
uma preparaccedilatildeo preacutevia da pele e a aplicaccedilatildeo de uma pasta condutora
(gel) que por vezes eacute desconfortaacutevel para o paciente sendo suscetiacutevel
de causar alergias e tornando o processo mais demorado uma vez que
a preparaccedilatildeolimpeza dos eleacutetrodos requer alguns cuidados e deve ser executada por um teacutecnico
Surgiu entatildeo a motivaccedilatildeo para criar novos eleacutetrodos secos que ultrapassassem estas dificuldades
dispensando a utilizaccedilatildeo do gel e a preparaccedilatildeo da pele todavia uma vez que o contacto liacutequido estaacute
ausente a impedacircncia interfacial eacute consideravelmente mais elevada (1 M contra 10-20 k)
refletindo-se numa maior sensibilidade ao movimento e de maneira geral na presenccedila de um maior
niacutevel de ruiacutedo o que exige preacute-amplificaccedilatildeo integrada Os custos associados agrave produccedilatildeo deste tipo de
eleacutetrodo satildeo tambeacutem mais elevados do que no caso dos eleacutetrodos convencionais
De modo a resolver estes problemas foi desenvolvido um novo
tipo de bioeleacutetrodo (Figura 2) [15] o qual tem a capacidade de
manter huacutemido o ponto de contacto com a pele evitando contudo
a utilizaccedilatildeo de pastas condutoras Este efeito foi conseguido usando
o princiacutepio da caneta de feltro o contacto com o escalpe eacute efetuado
a partir de vaacuterios pinos fabricados a partir de um poliacutemero poroso
acoplado a um pequeno reservatoacuterio com uma soluccedilatildeo hidratante os
pinos forneceratildeo entatildeo de forma controlada pelos efeitos
combinados da capilaridade e gravidade a soluccedilatildeo hidratante ao
ponto de contacto com o escalpe A sua forma oferece tambeacutem
muacuteltiplos pontos de contacto de modo a minimizar o ruiacutedo e obter
melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
O desenvolvimento destes eleacutetrodos compreenderaacute varias fases a primeira fase a implementar
seraacute a fabricaccedilatildeo da superfiacutecie porosa atraveacutes da compressatildeo de poacutes de policarbonato (PC) de seguida
seraacute feita a montagem dos diferentes componentes do eleacutetrodo nomeadamente a esponja o frio de
prata e o tubo de policloreto de polivinilo (PVC) que funcionaraacute como reservatoacuterio Finalmente seratildeo
preparadas e testadas vaacuterias soluccedilotildees com os mesmos componentes em diferentes concentraccedilotildees de
modo a concluir qual soluccedilatildeo fornece uma melhor hidrataccedilatildeo da pele otimizando assim os resultados
Figura 1 Eleacutetrodo de superfiacutecie comercial (Eleacutetrodo de controlo)
Figura 2 Corte transversal do bioeleacutetrodo de superfiacutecie em estudo com reservatoacuterio
para a soluccedilatildeo hidratante
5
5
6
6
7
7
Capiacutetulo 2 Enquadramento teoacuterico
Enquadramento teoacuterico
A EEG eacute um registo associado a uma teacutecnica cliacutenica que se baseia na aquisiccedilatildeo dos sinais produzidos
no coacutertex cerebral A obtenccedilatildeo dos mesmos eacute possiacutevel uma vez que aiacute existem ceacutelulas excitaacuteveis
capazes de conduzir os impulsos nervosos os neuroacutenios Estes impulsos geram correntes eleacutetricas
atraveacutes do corpo da ceacutelula ateacute uma zona chamada zona de disparo Neste local as correntes dirigem-
se ao espaccedilo extracelular provocando uma diferenccedila de potencial que desencadearaacute um novo estiacutemulo
na proacutexima ceacutelula e que contribuiraacute para a produccedilatildeo dos referidos sinais
21 Sistema nervoso
O sistema nervoso eacute responsaacutevel pela maioria das funccedilotildees de controlo no organismo coordenando
e regulando as atividades corporais Isto eacute feito atraveacutes da interpretaccedilatildeo e resposta a estiacutemulos Este
sistema eacute convencionalmente dividido em duas categorias o sistema nervoso central (SNC) que se
verifica tratar do desenvolvimento das respostas aos estiacutemulos e o sistema nervoso perifeacuterico (SNP)
o responsaacutevel pela conduccedilatildeo do estiacutemulo nervoso No caso do SNC podem distinguir-se vaacuterios oacutergatildeos
o enceacutefalo (constituiacutedo pelo ceacuterebro cerebelo e tronco encefaacutelico) e a espinal medula Jaacute no caso do
SNP esta divisatildeo eacute feita atraveacutes da distinccedilatildeo entre nervos cranianos ou espinhais [16] Os nervos satildeo
essencialmente um conjunto de axoacutenios e dendrites de vaacuterios neuroacutenios
Os neurocircnios que datildeo origem aos nervos satildeo ceacutelulas com capacidade excitatoacuteria capazes de
transmitir sinais nervosos Contudo as ceacutelulas da glia tambeacutem presentes no sistema nervoso
sobretudo nos nervos satildeo as principais responsaacuteveis pela propagaccedilatildeo orientada do estiacutemulo uma vez
que ao recobrirem o axoacutenio criam circuitos neuronais independentes [16]
Os axoacutenios transmitem pulsos eleacutetricos devido agrave presenccedila de canais ioacutenicos que abrem e fecham
de modo a controlar as concentraccedilotildees dos diferentes iotildees nos meios interno e externo da ceacutelula
8
8
211 Propagaccedilatildeo do sinal
Um impulso nervoso origina a transmissatildeo de um sinal codificado ao longo da membrana do
neuroacutenio Para compreender esta transmissatildeo dentro do proacuteprio neuroacutenio eacute necessaacuterio conhecer o
conceito de potenciais de repouso e de accedilatildeo
N as fases em que se verifica existir potenciais de repouso os iotildees de soacutedio entram para a ceacutelula
atraveacutes de transporte passivo uma vez que a concentraccedilatildeo destes eacute menor no interior da ceacutelula (a
favor do gradiente de concentraccedilatildeo) Posteriormente daacute-se a sua expulsatildeo de forma ativa ao mesmo
tempo que entram iotildees de potaacutessio ativamente Finalmente os iotildees de potaacutessio voltam passivamente
ao exterior da membrana outorgando agrave ceacutelula uma carga positiva Diz-se entatildeo que esta se encontra
polarizada Nas ceacutelulas nervosas o potencial de membrana ronda os -90mV [6]
Os potenciais de accedilatildeo satildeo os responsaacuteveis pela propagaccedilatildeo do estiacutemulo nervoso contudo a sua
duraccedilatildeo natildeo ultrapassa alguns milissegundos (ver a Figura 3) Esta propagaccedilatildeo ocorre quando o
potencial de membrana que se encontra nos -90mV passa a ocupar valores de -50 a -70mV devido a
uma perturbaccedilatildeo externa de modo a responder a esta situaccedilatildeo ocorre a passagem por difusatildeo dos
iotildees de soacutedio para o interior da ceacutelula resultando na alteraccedilatildeo dos potenciais ateacute entatildeo negativos
para valores que podem chegar a +35mV De seguida a ceacutelula expulsa ativamente o soacutedio alterando
assim o potencial para aproximadamente -95mV Daacute-se entatildeo a repolarizaccedilatildeo atraveacutes da bomba de
Na+K+ ou seja a ceacutelula volta agraves condiccedilotildees iniciais [6]
Apoacutes um sinal ser transportando atraveacutes de um neuroacutenio eacute necessaacuterio que este seja comunicado
ao neuroacutenio seguinte de modo a manter a transmissatildeo do impulso Esta transferecircncia daacute-se em locais
especiacuteficos e pode ser feita eletricamente (atraveacutes de iotildees) ou quimicamente (atraveacutes de uma fenda
sinaacuteptica onde um neurotransmissor eacute libertado e se liga a recetores especiacuteficos do neuroacutenio poacutes-
sinaacuteptico) [6][16]
Figura 3 Representaccedilatildeo do fluxo ioacutenico durante o potencial de accedilatildeo (Adaptado de [16])
9
9
22 Aquisiccedilatildeo do sinal
Eacute impossiacutevel medir a atividade eleacutetrica gerada por um uacutenico neuroacutenio contudo a aquisiccedilatildeo do
sinal electroencefalograacutefico soacute eacute possiacutevel graccedilas agrave emissatildeo parcialmente sincronizada do impulso
nervoso numa parte significativa do coacutertex cerebral Deste modo o EEG reflete o somatoacuterio da
atividade siacutencrona de milhares de neuroacutenios com uma orientaccedilatildeo espacial semelhante assessorando
assim a aquisiccedilatildeo de um sinal reprodutiacutevel e mensuraacutevel que possibilita uma interpretaccedilatildeo fidedigna
[16]
Esta teacutecnica permite o registo da atividade eleacutetrica do ceacuterebro Eacute um procedimento raacutepido
simples e indolor no qual os impulsos eleacutetricos do ceacuterebro satildeo amplificados e registrados em papel
atraveacutes de um galvanoacutemetro ou em formato digital O seu interesse prende-se natildeo soacute com os baixos
custos da teacutecnica como tambeacutem com a obtenccedilatildeo em tempo real destes sinais de modo a conseguir
diagnosticar eventuais anomalias
A EEG quando comparada com outras teacutecnicas como por exemplo o eletrocardiograma (ECG)
apresenta uma maior dificuldade na obtenccedilatildeo dos dados uma vez que a tensatildeo a captar eacute de muito
menor amplitude os sinais por vezes encontram-se na regiatildeo do ruiacutedo eleacutetrico e aleacutem disso os
amplificadores comuns natildeo fornecem uma banda de funcionamento que consiga amplificar o sinal de
forma eficaz o que exige a utilizaccedilatildeo de amplificadores especialmente desenhados [6] Contudo
estas limitaccedilotildees natildeo impediram o avanccedilo desta tecnologia Ao longo do tempo as teacutecnicas de obtenccedilatildeo
dos dados foram-se aprimorando tendo chegado na fase de maturidade agrave arquitetura ilustrada na
Figura 4 em que a saiacuteda eacute representada em papel desenhada por canetas conduzidas por mecanismos
controlados por galvanoacutemetros Hoje em dia os sistemas evoluiacuteram sobretudo na parte final atraveacutes
da digitalizaccedilatildeo dos sinais filtrados e seu armazenamento num dispositivo digital Desta forma torna-
se muito mais flexiacutevel a fase de visualizaccedilatildeo dos sinais que eacute feita em monitores graacuteficos de
computador bem como a fase de armazenamento e arquivo e criaccedilatildeo de fichas de exame A
digitalizaccedilatildeo permite o processamento digital dos sinais a fim principalmente de os caracterizar do
ponto de vista morfoloacutegico e assim contribuir para a classificaccedilatildeo do ponto de vista cliacutenico
Figura 4 Diagrama de blocos representativo de um sistema para aquisiccedilatildeo de sinais
eletroencefalograacuteficos
A EEG eacute realizada atraveacutes da colocaccedilatildeo de eleacutetrodos no couro cabeludo obedecendo o
posicionamento dos mesmos a regras especiacuteficas pois a sua localizaccedilatildeo influencia os sinais captados
10
10
De modo a facilitar a comparaccedilatildeo dos resultados eacute habitualmente utilizado um sistema se
colocaccedilatildeo padratildeo chamado 10-20 (Figura 5) Segundo este padratildeo os locais onde os eleacutetrodos satildeo
colocados satildeo denominados por letras de acordo com as aacutereas cerebrais adjacentes seguidas de um
nuacutemero impar se o eleacutetrodo se encontrar no lado esquerdo da cabeccedila ou par se for no lado direito
[6]
Apoacutes a obtenccedilatildeo do sinal contiacutenuo de EEG eacute
possiacutevel distinguir vaacuterios tipos de ondas de acordo
com a sua amplitude e frequecircncia A amplitude das
ondas pode ir ateacute aos 200 μV e a frequecircncia ateacute 30Hz
A Figura 6 representa os diferentes tipos de ondas
As ondas delta satildeo ondas da mais baixa frequecircncia
e amplitudes elevadas que ocorrem em momentos do
sono profundo por outro lado as ondas teta
encontram-se na gama de frequecircncias de 4-7 Hz
contudo
continuam a apresentar grandes amplitudes e ocorrem
em estaacutegios de meditaccedilatildeo e relaxamento profundo as
ondas alfa apresentam por sua vez amplitudes meacutedias
e frequecircncias compreendidas entre os 8 e os 13 Hz
correspondendo a estados mentais relaxados no sono
Finalmente as ondas beta satildeo as de mais elevada
frequecircncia (gt13 Hz) com amplitudes de cerca de 10 μV
e ocorrem quando existe um estimulo visual ou no estado
normal de vigiacutelia [6]
221 Eleacutetrodos
Os eleacutetrodos constituem a interface entre o escalpe e o equipamento de mediccedilatildeo No caso de um
eleacutetrodo huacutemido quando a parte metaacutelica entra em contacto com o eletroacutelito tem lugar um processo
de oxidaccedilatildeoreduccedilatildeo de iotildeesaacutetomos que daacute lugar ao aparecimento de um potencial caracteriacutestico
As propriedades fiacutesico-quiacutemicas tanto do eleacutetrodo como do eletroacutelito afetam o valor do potencial
Quando eleacutetrodos idecircnticos satildeo submersos num eletroacutelito homogeacuteneo ambos assumem o mesmo
potencial com respeito ao eletroacutelito Contudo eleacutetrodos diferentes colocados nas mesmas condiccedilotildees
apresentam potenciais diferentes [6] Deste modo eacute sensato concluir que a amplitude do potencial
depende do material de que o eleacutetrodo eacute feito Por esse motivo os eleacutetrodos utilizados na cliacutenica satildeo
comumente produzidos com prata e cloreto de prata uma vez apresentam uma resistecircncia agrave passagem
Figura 5 Sistema internacional 10-20 para
a colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos em EEG
(Adaptado de [17])
Figura 6 Representaccedilatildeo das ondas eletroencefalograacuteficas registadas durante um
exame de EEG [5]
11
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de corrente natildeo elevada e os seus niacuteveis de impedacircncia satildeo estaacuteveis ao longo de uma ampla gama de
frequecircncias
Contudo o material natildeo eacute o uacutenico paracircmetro que varia para escolher um eleacutetrodo Dependendo
das necessidades existem tambeacutem variedades morfoloacutegicas como os eleacutetrodos invasivos e os natildeo-
invasivos
2211 Eleacutetrodos invasivos
Dentro dos eleacutetrodos invasivos (intracranianos) os mais utilizados satildeo os eleacutetrodos profundos
intracerebrais e os subdurais [13] Os primeiros consistem em eleacutetrodos em forma de agulha feitos
de material flexiacutevel com muacuteltiplos pontos de contacto para registo Satildeo ideais para o registo de
atividade em aacutereas distantes da superfiacutecie Proporcionam ainda um registo preciso da regiatildeo
volumeacutetrica adjacente a cada ponto de registo no entanto a extensatildeo da dita aacuterea eacute limitada [18]
Portanto o uso deste tipo de eleacutetrodos eacute ideal apoacutes os resultados dos exames natildeo-invasivos sugerirem
um ldquoalvordquo provaacutevel Os eleacutetrodos subdurais que podem ser do tipo placa ou tira de silicone com
muacuteltiplos contatos de registo satildeo ideais para o registo de aacutereas extensas do coacutertex [14] Contudo os
eleacutetrodos subdurais podem natildeo registar adequadamente alteraccedilotildees localizadas em profundidade
Este tipo de eleacutetrodos deve apresentar dimensotildees reduzidas de modo a que o dano provocado no
tecido cerebral seja miacutenimo Devem tambeacutem apresentar locais de aplicaccedilatildeo suficientes para recolher
potenciais de muitos neuroacutenios simultaneamente No entanto devido agrave sua natureza altamente
invasiva soacute satildeo usados em casos especiais em que o seu uso pode trazer grandes benefiacutecios para o
paciente
2212 Eleacutetrodos natildeo invasivos
O foco deste estudo centra-se nos eleacutetrodos natildeo invasivos eleacutetrodos colocados na superfiacutecie do
escalpe O contacto entre o eleacutetrodo e a pele eacute facilitado (impedacircncia reduzida) pela utilizaccedilatildeo de
gel e se for esse o caso estaacute-se perante o caso dos eleacutetrodos huacutemidos Contudo a aplicaccedilatildeo deste
gel requer uma preparaccedilatildeo preacutevia da pele que por vezes pode ser demorada suscetiacutevel de
desencadear reaccedilotildees aleacutergicas e desconfortaacutevel para o paciente [3] Surgiu entatildeo a alternativa dos
eleacutetrodos secos eleacutetrodos capazes de aquirir sinais que dispensam a utilizaccedilatildeo de soluccedilotildees todavia
como resultado da ausecircncia do gel ou pasta condutora a impedacircncia interfacial eacute muito mais elevada
tornando indispensaacutevel a integraccedilatildeo de um andar de preacute-amplificaccedilatildeo no eleacutetrodo
Procurando contornar as dificuldades de cada teacutecnica optou-se pelo desenvolvimento de um
bioeleacutetrodo inovador que dispensa a utilizaccedilatildeo de gel mas que apesar disso manteacutem um bom contacto
com a pele humidificando-a
Entre os materiais disponiacuteveis para a fabricaccedilatildeo de eleacutetrodos encontram-se o accedilo inoxidaacutevel o
ouro (Au) o oacutexido de iriacutedio (IrO2)) a prata (Ag) etc [14] tendo-se optado por utilizar um fio de
prata revestido com uma fina camada de cloreto de prata uma vez que os eleacutetrodos fabricados com
12
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este material apresentam niacuteveis de ruiacutedo reduzidos grande estabilidade do potencial eleacutetrico na gama
de frequecircncias utilizada e uma impedacircncia interfacial baixa [14][19]
23 Interface do eleacutetrodo com a pele
A pele eacute um oacutergatildeo que cobre e protege o corpo e que se observa estar organizado em muacuteltiplas
camadas Eacute composta de trecircs camadas principais a epiderme a derme e a hipoderme cada uma
delas com carateriacutesticas estruturais especiacuteficas que levam a diferentes niacuteveis de condutividade
eleacutetrica e que podem ser representados atraveacutes de modelos baseados em componentes eleacutetricos
baacutesicos [14] Podemos entatildeo do ponto de vista eleacutetrico simular os tecidos bioloacutegicos a partir de um
circuito eleacutetrico formado por resistecircncias e condensadores dispostos em redes com seacuteries e paralelos
agindo estes como condutores ou dieleacutetricos nos quais o fluxo de corrente seguiraacute o caminho de
menor oposiccedilatildeo (Figura 7) Um exemplo ilustrativo desta situaccedilatildeo estaacute representado para o stratum
corneum a camada mais perifeacuterica da epiderme como este tecido eacute relativamente pouco condutor
apresenta uma elevada impedacircncia agrave transmissatildeo das correntes eleacutetricas [20] Assim devido agraves suas
propriedades dieleacutetricas a sua pequena espessura e o seu posicionamento entre o eleacutetrodo condutor
exterior e os tecidos subjacentes mais condutores eacute possiacutevel a sua representaccedilatildeo por meio de um
condensador de placas paralelas
Figura 7 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da interface com a pele e
o seu modelo de circuito eletroacutenico equivalente Adaptado de [14]
O valor da capacidade eleacutetrica da pele estaacute relacionado com a espessura e composiccedilatildeo da camada
coacuternea e tem um valor tiacutepico no intervalo 002-006 microFcm2 [14]
Por outro lado uma vez que alguns iotildees conseguem atravessar o stratum corneum atraveacutes dos
elementos da pele (foliacuteculos do cabelo suor canais das glacircndulas sebaacuteceas imperfeiccedilotildees da pele)
isso pode ser representado coletivamente por uma resistecircncia que seraacute colocada em paralelo com o
condensador Como as camadas subjacentes agrave epiderme satildeo relativamente condutoras representam-
se por uma resistecircncia em seacuterie adicional A presenccedila de uma elevada densidade de foliacuteculos pilosos
(que atuam como derivaccedilotildees de baixa resistecircncia) daacute origem a um valor muito baixo na resistecircncia da
13
13
pele No entanto esta observaccedilatildeo eacute contrabalanccedilada pela dificuldade em fazer contato mecacircnico e
eleacutetrico firme Em tais casos a impedacircncia da pele eacute muito elevada e por vezes eacute necessaacuterio recorrer
agrave remoccedilatildeo dos pelos antes de realizar o exame [14]
231 Hidrataccedilatildeo da pele
O processo de hidrataccedilatildeo da pele humana acontece por duas vias a interna e a externa [21] No
caso da via interna isto acontece quando os queratinoacutecitos migram atraveacutes da derme e sofrem
alteraccedilotildees significativas uma vez que paralelamente a esse processo satildeo libertados liacutepidos e o fator
de hidrataccedilatildeo natural da pele (NMF - Natural moisturizer factor) No caso dos liacutepidos estes formam
uma barreira para a perda de aacutegua e ajudam a reter a hidrataccedilatildeo natural da pele Jaacute no caso da
hidrataccedilatildeo por via externa esta acontece quando introduzimos na pele substacircncias cosmeacuteticas e
farmacecircuticas com capacidades de humedecer as camadas externas da pele para isso na produccedilatildeo
destas substacircncias satildeo utilizadas principalmente trecircs tipos de ingredientes (1) os humectantes que
Incluem a glicerina a ureia e o aacutecido carboxiacutelico da pirrolidona (PCA) que atuam atraindo a aacutegua das
camadas inferiores da derme e ajudando a manter essa aacutegua no estrato coacuterneo (2) os agentes oclusivos
que aumentam os niacuteveis de humidade proporcionando uma barreira fiacutesica para a perda de aacutegua (ceras
oacuteleos e silicones) (3) os emolientes que procuram restaurar os NMF [21]
2311 O gel para utilizaccedilatildeo com os eleacutetrodos
O gel utilizado nos eleacutetrodos serve para (1) assegurar um bom contacto eleacutetrico com a pele do
paciente (2) facilitar a transferecircncia de carga na interface eleacutetrodo-eletroacutelito e assim (3) diminuir
a impedacircncia do estrato coacuterneo [14]
Existem dois tipos de gel o gel huacutemido normalmente denominados como pasta creme ou
substacircncia gelatinosa e o hidrogel Os primeiros satildeo geralmente compostos por aacutegua um agente
espessante bactericidasfungicidas sais ioacutenicos e um surfatante O sal ioacutenico tem como finalidade
conferir condutividade eleacutetrica ao gel e diminuir a impedacircncia eleacutetrica da pele atraveacutes da sua difusatildeo
na mesma Normalmente os sais utilizados satildeo o cloreto de soacutedio (NaCl) ou de potaacutessio (KCl) uma vez
que a maior parte dos iotildees presentes na superfiacutecie da pele humana satildeo o cloreto o soacutedio e o potaacutessio
permitindo assim que elevadas concentraccedilotildees destes sais sejam melhor toleradas pelo corpo
[14][18][22] Por outro lado o hidrogel eacute um gel soacutelido que incorpora hidrocoloacuteides naturais no
entanto a utilizaccedilatildeo destes agentes naturais por vezes provoca desempenhos variaacuteveis e cores pouco
atrativas levando assim agrave utilizaccedilatildeo de hidrocoloacuteides artificiais de modo a eliminar variabilidades
indesejadas
O hidrogel tecircm tendecircncia a causar menos irritaccedilotildees na pele quando comparado com o gel huacutemido
porque o hidrogel limita-se a garantir um bom contato eleacutetrico entre a pele e o eleacutetrodo sem afetar
as propriedades do stratum corneum [14]
14
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O hidrogel eacute eletricamente mais resistivo do que o gel no entanto esta desvantagem eacute
compensada tanto pela utilizaccedilatildeo de maiores aacutereas com hidrogel como tambeacutem pela diminuiccedilatildeo da
espessura da camada do mesmo Contudo isto natildeo eacute suficiente uma vez que o hidrogel natildeo eacute tatildeo
eficaz na hidrataccedilatildeo da pele (tem tendecircncia a absorver humidade) dando assim como resultado um
aumento na impedacircncia da pele [14]
24 Teacutecnicas de revestimento da prata com cloreto de prata
Finas camadas de um determinado metal depositado sobre um substrato desemprenham
muitas vezes uma funccedilatildeo essencial em muitos dispositivos como por exemplo nos circuitos integrados
No caso dos eleacutetrodos eacute necessaacuterio revestir os fios de prata com finas camadas de cloreto de prata
com o intuito de auxiliar a concretizaccedilatildeo das trocas ioacutenicas referidas no capiacutetulo 1 equaccedilatildeo (1) de
modo a ter-se uma transduccedilatildeo do sinal ioacutenico num sinal eleacutetrico de forma eficaz e reversiacutevel Estas
camadas devem apresentar caracteriacutesticas rigorosamente controladas A espessura a estrutura
atoacutemica e a composiccedilatildeo quiacutemica devem ser uniformes [14][18] Eacute tambeacutem importante que exista
pouca ou nenhuma contaminaccedilatildeo por outras partiacuteculas
As propriedades dos filmes satildeo altamente dependentes dos processos de deposiccedilatildeo Estes
devem ter boa aderecircncia e prover uma boa cobertura Deste modo para a preparaccedilatildeo da prata para
eleacutetrodos a teacutecnica a utilizar deve ser a deposiccedilatildeo eletroquiacutemica atraveacutes de um processo que envolve
a deposiccedilatildeo de um material soacutelido por meio de uma reaccedilatildeo quiacutemica com ou sem recurso a energia
externa Neste caso os substratos de prata satildeo submersos numa soluccedilatildeo contendo um agente oxidante
(por exemplo cloreto feacuterrico) produzindo assim uma fina camada de cloreto de prata ( ( 4)
Ag + + FCl3 FeCl2 + Ag ( 4 )
Em geral a deposiccedilatildeo por electroless plating de um metal envolve a deposiccedilatildeo de um
revestimento metaacutelico a partir dos seus iotildees presentes num banho aquoso sobre uma superfiacutecie atraveacutes
de uma reaccedilatildeo de reduccedilatildeo quiacutemica controlada que eacute ativada pelo metal que estaacute a ser depositado
(reduzido) [23] Os revestimentos obtidos atraveacutes da implementaccedilatildeo desta teacutecnica satildeo geralmente
uniformes duros com elevadas resistecircncias agrave corrosatildeo e ao desgaste e apresentam baixo coeficiente
de fricccedilatildeo [24][25]
Existe contudo uma enorme variedade de meacutetodos eletroquiacutemicos que permitem a
oxidaccedilatildeodeposiccedilatildeo de finas camadas de cloreto de prata tais como a deposiccedilatildeo assistida por plasma
ou por feixes de iotildees o sputtering a deposiccedilatildeo quiacutemica e a deposiccedilatildeo fiacutesica em fase de vapor etc
[25] Todavia a execuccedilatildeo destes processos envolve a utilizaccedilatildeo de equipamentos altamente
especializados em ambiente de vaacutecuo vaacuterias soluccedilotildees e um campo eleacutetrico de modo a possibilitar a
transformaccedilatildeo de energia quiacutemica em energia eleacutetrica e vice-versa Finalmente um meacutetodo tambeacutem
bastante usado eacute a sinterizaccedilatildeo de poacute de cloreto de prata sobre o substrato metaacutelico dando origem
a um revestimento espesso e poroso
15
15
25 Novo conceito de eleacutetrodo
O desenvolvimento do novo tipo de bioeleacutetrodo busca
colmatar as lacunas presentes nos eleacutetrodos disponiacuteveis
comercialmente (dos tipos huacutemido e seco) Tentando manter as
melhores carateriacutesticas de cada tipo de eleacutetrodo Para isso eacute
necessaacuterio desenvolver o eleacutetrodo com materiais condutores que
possibilitem as trocas ioacutenicas e aleacutem disso tenha a capacidade
de manter huacutemido o ponto de contacto com a pele de forma a
diminuir a impedacircncia na interface mas sem usar pastas ou gel
que sujam a pele
A hidrataccedilatildeo da pele por via externa nos ensaios a
realizar eacute feita atraveacutes da aplicaccedilatildeo de diferentes soluccedilotildees
hidratantes que se encontram embebidas numa esponja num
reservatoacuterio existente no eleacutetrodo (Figura 8) Estas soluccedilotildees tecircm a capacidade de migrar atraveacutes do
eleacutetrodo atraveacutes do efeito de capilaridade e gravidade uma vez que a base do eleacutetrodo eacute feita de
policarbonato com porosidade aberta adequada ao fenoacutemeno da capilaridade
O desenvolvimento deste bioeleacutetrodo inovador possibilita tambeacutem uma colocaccedilatildeo raacutepida
coacutemoda e segura Uma vez que estes passam a ser colocados com uma touca
Finalmente eacute tambeacutem importante referir que a forma do eleacutetrodo em multipino permitiraacute
numerosos pontos de contacto de modo a minimizar a impedacircncia do mesmo contribuindo para a
obtenccedilatildeo de melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
26 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
O ruiacutedo eacute um sinal interferente de natureza aleatoacuteria que provoca a degradaccedilatildeo de sinal
durante o seu processamento Em eletroacutenica diz respeito a quaisquer correntes ou tensotildees indesejadas
que mascaram o sinal que realmente interessa
Nos dispositivos e circuitos eletroacutenicos existem inuacutemeras fontes de ruiacutedo dai a importacircncia
na sua caraterizaccedilatildeo
Um tipo importante de ruiacutedo eacute o ruiacutedo de Johnson-Nyquist presente nos portadores de carga
e em todos os elementos com resistecircncia eleacutetrica Este tipo de ruiacutedo eacute caraterizado por uma densidade
espectral de potecircncia (do inglecircs power spectral density - PSD) uniforme e forma de onda gaussiana
[26]
O ruiacutedo de Johnson-Nyquist eacute comumente chamado ruiacutedo teacutermico e a sua tensatildeo eficaz pode
ser calculado atraveacutes da ( 5 para uma resistecircncia eleacutetrica R
Vt= radic4∙k∙T∙B∙R=radic16times1020
∙B∙R ( 5 )
Figura 8 Eleacutetrodo de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios A representa o fio de prata B a soluccedilatildeo condutora C a esponja do reservatoacuterio e D material de policarbonato de natureza porosa onde se estabelece o contacto com a pele
16
16
onde k representa a constante de Boltzmann em JK T a temperatura da resistecircncia em K B
a banda equivalente de ruiacutedo e R o valor da resistecircncia em Ohm
Para o caacutelculo da banda equivalente de ruiacutedo considera-se que o sistema tem uma funccedilatildeo de
transferecircncia do tipo 1198810
119881119894frasl = 119860(119895119891) e estaacute sujeito a uma entrada de ruiacutedo de PSD 119878119881119894
Deste modo
obtemos que o valor meacutedio da tensatildeo de ruiacutedo na saiacuteda para um amplificador seraacute
1198811198990
2 = int 119878119881119894 |A(jf)|2 partfinfin
0
( 6 )
Sendo |119860(119895119891)| usualmente uma funccedilatildeo do tipo
Figura 9 Funccedilatildeo de um filtro passa-baixos |119912(119947119943)|
Uma vez que as regiotildees sombreadas satildeo iguais pode-se simplificar o caacutelculo atraveacutes da aacuterea
de um retacircngulo com a mesma aacuterea que o quadrado da funccedilatildeo de transferecircncia Temos entatildeo que a
banda equivalente eacute dada por
B=1
|A0|2int |A(jf)|2 partf
infin
0
( 7 )
Outro tipo de ruiacutedo presente nos equipamentos eletroacutenicos que eacute interessante estudar eacute o
ruiacutedo ldquoshotrdquo ou ruiacutedo de corrente (Ish) que como o nome indica estaacute associado agrave corrente DC que
flui atraveacutes de uma barreira de potencial e pode ser representado por
Ish= radic2∙q∙IDc∙B ( 8 )
Onde q representa a carga eletroacutenica em coulomb e IDC a corrente contiacutenua meacutedia em ampere
Finalmente outro tipo de ruiacutedo a estudar seraacute o ruiacutedo 1f ldquoflickerrdquo ou ruiacutedo de contacto (If)
que ocorre devido agraves diferenccedilas nos niacuteveis de energia eleacutetricos quando existe um contato imperfeito
entre dois materiais Este tipo de ruiacutedo pode ser calculado atraveacutes de
119868119891 = 119870 ∙ 119868119863119888 ∙ radic119861
radic119891 ( 9 )
Onde K eacute um valor constante que depende do material e da geometria
A baixas frequecircncias este ruiacutedo eacute chamado de ruiacutedo ldquo1frdquo devido agrave tendecircncia caracteriacutestica
de decrescimento com a frequecircncia Eacute importante notar que a magnitude do ruido ldquoflickerrdquo pode ser
17
17
muito grande para pequenas frequecircncias o que leva a que seja a forma de ruiacutedo predominante em
circuitos de baixa frequecircncia
Considerando o ruiacutedo total como adiccedilatildeo das contribuiccedilotildees dos vaacuterios tipos de ruiacutedo na
configuraccedilatildeo eleacutetrica adotada para um amplificador pode-se considerar que o ruiacutedo na entrada segue
a representaccedilatildeo da Figura 10 da qual eacute possiacutevel retirar que
1198681198992 =
1198811198991199052 minus 119881119899
2 minus 1198811199052
1198771199042 ( 10 )
Na praacutetica In pode ser calculado atraveacutes da PSD do ruiacutedo total obtido com uma resistecircncia
elevada de modo a que 1198811198990≫ 119860radic119881119899
2 ∙ 1198811199052 e que Vn eacute a PSD do sistema com a entrada em curto circuito
Figura 10 Circuito representativo dos componentes do ruiacutedo do amplificador na entrada segundo o modelo Vn-In
No corpo humano a captaccedilatildeo dos biopotenciais no escalpe estaacute sujeita agrave presenccedila de ruiacutedo
eleacutetrico intriacutenseco indesejado na interface eleacutetrodogelpele que faz com que o processo de deteccedilatildeo
e anaacutelise dos sinais bioloacutegicos reais seja mais complicado Eacute necessaacuterio por isso caracterizar e
conhecer a magnitude e origem destas flutuaccedilotildees de modo a caraterizar a qualidade dos eleacutetrodos
desenvolvidos
O ruiacutedo eleacutetrodo-pele pode estar ligado agrave interface entre o eleacutetrodo e o eletroacutelito ou entatildeo
agrave interface eletroacutelito-pele No primeiro caso esta situaccedilatildeo pode ser mensurada atraveacutes da colocaccedilatildeo
de eleacutetrodos do mesmo tipo um contra o outro Por outro lado o ruiacutedo produzido pela interface
eletroacutelito-pele deve ser mensurado de uma forma indireta atraveacutes do contacto direto entre o eleacutetrodo
e a pele Nesta situaccedilatildeo o ruiacutedo eacute tipicamente mais elevado do que o que se obteacutem na interface
eleacutetrodo-eletroacutelito [3] Uma vez que os resultados obtidos nestes ensaios dependem diretamente do
estado da pele eacute importante garantir um tratamento preacutevio adequado
18
18
261 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio do tempo RMS e Deriva do potencial
A raiz do valor quadraacutetico meacutedio RMS (do inglecircs root mean square) ou valor eficaz eacute uma
medida estatiacutestica da magnitude de uma quantidade variaacutevel que pode ser calculada atraveacutes da
expressatildeo
120600119877119872119878 = radic1
119873 sum120600119894
2
119873
119894=1
= radic1206001
2 + 12060022 + ⋯+ 120600119873
2
119873 ( 11 )
Nos sinais a estudar satildeo calculados os valores RMS da parte alternada do sinal em intervalos
de tempo sucessivos Destes valores eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees acerca da evoluccedilatildeo temporal do
sinal assim como a quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo
Por outro lado a deriva do potencial eacute calculada recorrendo agrave primeira derivada do sinal nos
diferentes pontos pela componente contiacutenua do sinal sendo portanto de natureza lenta Eacute possiacutevel
por isso analisar a deriva do potencial e o tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema atraveacutes do recurso desde
caacutelculo
262 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio das frequecircncias Densidade espectral
A densidade espectral de potecircncia PSD eacute definida pela transformada de Fourier da funccedilatildeo
de autocorrelaccedilatildeo (Rxx (120591)) de um processo estacionaacuterio ou seja
Teorema de Wiener-Khintchine 119878119909(119891) = F[Rxx(120591)]= int Rxx(120591)119890minus 1198952120587119891120591119889120591infin
minusinfin
( 12 )
Por outras palavras a PSD descreve a distribuiccedilatildeo da variacircncia de um processo aleatoacuterio no
domiacutenio da frequecircncia [27][28]
No Matlab esta estimaccedilatildeo eacute feita atraveacutes da funccedilatildeo pwelch jaacute implementada esta segue o
meacutetodo Welch para o caacutelculo da PSD Este meacutetodo eacute baseado no conceito de utilizaccedilatildeo de
periodogramas de estimaccedilatildeo espectral que satildeo o resultado da conversatildeo de um sinal no domiacutenio
temporal para o domiacutenio da frequecircncia [29] Para isso o meacutetodo Welch segue o fundamento do
meacutetodo Bartlett contudo permite a sobreposiccedilatildeo de segmentos [30]
O meacutetodo Bartlett consiste primeiramente na divisatildeo do segmento original de N amostras em
K segmentos de comprimento M Para cada segmento eacute obtido o periodograma calculado atraveacutes da
transformada discreta de Fourier de seguida eacute calculado o quadrado do resultado e dividido por M
Finalmente eacute feita a meacutedia do resultado dos periodogramas para todos os segmentos de K amostras
resultando num uacutenico vetor de potenciais em funccedilatildeo da frequecircncia Ou seja a reparticcedilatildeo da potecircncia
ao longo do espetro [28]
19
19
27 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo da impedacircncia
Um sistema eletroquiacutemico eacute aquele onde haacute a presenccedila de pelo menos uma fase condutora
eletroacutenica (eleacutetrodo) em contato direto com uma fase condutora ioacutenica (eletroacutelito) as quais originam
a interface eleacutetrodo-eletroacutelito onde se forma duma dupla camada eleacutetrica
A mediccedilatildeo da impedacircncia eletroquiacutemica em modo potenciostaacutetico eacute feita atraveacutes da
aplicaccedilatildeo de um sinal de potencial eleacutetrico sinusoidal 119881(119905) com cerca de 5 a 20 mV numa ceacutelula
eletroquiacutemica Satildeo medidas a resposta na forma de corrente eleacutetrica 119868(119905) e diferenccedila de fase entre
o sinal de potencial e o sinal da corrente [31] Ao medir a corrente alternada que atravessa a ceacutelula
eletroquiacutemica obtemos a impedacircncia Z da forma convencional 119885 = 119881119868 [32] Refira-se que a obtenccedilatildeo
da impedacircncia pode igualmente ser feita impondo uma perturbaccedilatildeo de corrente e medindo o
potencial A impedacircncia do eleacutetrodo reflete entatildeo a capacidade do eleacutetrodo para transferir carga a
determinada frequecircncia [32][33]
Deste modo tem-se se os valores da tensatildeo alternada V(t) e da intensidade I(t) forem
representados por
V(t)=V0∙ cos ωt
( 13 )
I(t)=I0∙ cos (ωt+φ) ( 14 )
No qual V0 representa a amplitude de pico do sinal 120596 a frequecircncia angular (120596 = 2120587119891) I0 a
amplitude do sinal de corrente e 120593 a diferenccedila de fase entre os dois sinais
Pela equaccedilatildeo de Euler
eiφ= cos φ +j sin φ ( 15 )
temos entatildeo que se φ=120596119905
V(t)= V0∙Re(ejωt) ( 16 )
representando essa tensatildeo alternada como uma parte real de uma grandeza complexa
temos que V(t) eacute equivalente a
V(t)=V0∙Re(119888119900119904120596119905 + 119895 ∙ 119904119894119899 120596119905) ( 17 )
Por outro lado atendendo agrave Equaccedilatildeo de Euler acima descrita a corrente eleacutetrica gerada
por um elemento de circuito em resposta a uma tensatildeo alternada pode ser escrita como
I(t)=I0∙Re(119890(120596119905+120593))
( 18 )
Deste modo a impedacircncia fica
Z(ω)=Z0∙ejφ
( 19 )
e aplicando a equaccedilatildeo de Euler
Z(ω)=Z ( cos φ + j sin φ ) ( 20 )
20
20
Obtemos uma equaccedilatildeo composta de uma parte real e uma parte imaginaacuteria possibilitando
assim a sua representaccedilatildeo num plano cartesiano onde a parte real corresponderaacute ao eixo das abcissas
e a parte imaginaria ao eixo das ordenadas (Diagrama de Nyquist)
Pode-se tambeacutem representar a impedacircncia como um vetor no plano complexo
Z (ω)=Re[Z(ω)]i +Im[Z(ω)]j ( 21 )
E se Z0 for o moacutedulo da impedacircncia a parte real de 119885(120596) escreve-se
Z=Z0∙ cos φ
( 22 )
sendo a parte imaginaacuteria representada por
Z=Z0∙ sin φ
( 23 )
que segundo a representaccedilatildeo de Fresnel corresponde a
Z(ω)=Z+ j Z
( 24 )
ou seja
1198850=|Z(ω)|=radicZ2+ Z
2 ( 25 )
e
tan φ = Z
Zfrasl ( 26 )
Os diagramas de Nyquist satildeo uacuteteis para reconhecer o tipo de processo envolvido Os diagramas
de Bode por outro lado mostram a dependecircncia direta do acircngulo de fase com a frequecircncia Este
uacuteltimo eacute particularmente interessante em escalas de frequecircncia muito diferentes uma vez que eacute
frequentemente representado atraveacutes da escala logariacutetmica portanto os resultados nos capiacutetulos
subsequentes seratildeo apresentados neste formato
21
21
A teacutecnica de Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica (do inglecircs Electrochemical
Impedance Spectroscopy - EIS) fornece uma visatildeo completa e detalhada das caracteriacutesticas eleacutetricas
da interface eleacutetrodo-eletroacutelito quando efetuada
numa gama suficientemente largada de frequecircncias
Na Figura 11 estaacute representado um esquema da
montagem experimental para mediccedilatildeo da
impedacircncia As reaccedilotildees eletroquiacutemicas satildeo em
essecircncia reaccedilotildees quiacutemicas em que ocorrem
transferecircncia de eletrotildees para um eleacutetrodo e como
regra ocorrem de acordo com princiacutepios quiacutemicos
gerais Haacute contudo certas caracteriacutesticas das
reaccedilotildees eletroquiacutemicas que satildeo uacutenicas Algumas
delas envolvem a transferecircncia de eletrotildees atraveacutes
de uma interface (reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo) o
que acarreta uma dependecircncia com as dimensotildees e
aacuterea do eleacutetrodo assim como tambeacutem das
propriedades da interface com o eleacutetrodo
Eacute habitual que os eleacutetrodos de AgAgCl apresentem potenciais relativamente baixos e
estaacuteveis Portanto a deposiccedilatildeo da camada de AgCl estabilizaraacute o potencial do eleacutetrodo e reduziraacute os
niacuteveis de impedacircncia Eacute de salientar que impedacircncias aceitaacuteveis para os eleacutetrodos de superfiacutecie devem
encontrar-se abaixo dos 5 k uma vez que quanto maior a impedacircncia maior seraacute a resistecircncia do
eleacutetrodo agrave passagem de corrente No entanto valores de 10 k ou mesmo 40 K ainda satildeo
considerados aceitaacuteveis dependendo dos autores [34][35]
Figura 11 Esquema representativo do ensaio potenciostaacutetico para mediccedilatildeo da impedacircncia
22
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Capiacutetulo 3 Materiais e meacutetodos
Materiais e meacutetodos
31 Preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes
Na preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes dissolveu-se cloreto de soacutedio (NaCl) em aacutegua
adicionando de seguida um tensioativo (tweencopy-80) e um humectante (propilenoglicol) As
concentraccedilotildees destes componentes variaram nas 3 soluccedilotildees conforme referido na Tabela 2 Conveacutem
referir que cada componente foi dissolvido em constante e contiacutenua agitaccedilatildeo numa placa de
agitaccedilatildeo tendo-se misturado primeiro o propilenogicol com o tweencopy e soacute depois com os restantes
compostos
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas
COMPONENTE INFORMACcedilAtildeO DO COMPONENTE SOLUCcedilAtildeO
1 2 3
NaCl (mV) VWR-BDH Prolabo Lote 27810295
09 09 09
Tweencopy-80 (VV) Acofarma
Lote 130287 3 3 5
Propilenoglicol(VV) Acofarma
Lote 131337 10 30 30
Aacutegua (VV) - qbp 100 qbp 100 qbp 100
A biocompatibilidade das mateacuterias-primas empregues para a obtenccedilatildeo das soluccedilotildees torna este
novo conceito de eleacutetrodo uma alternativa promissora para utilizaccedilatildeo cliacutenica Esta biocompatibilidade
estaacute inversamente relacionada com a concentraccedilatildeo de cloretos de soacutedio ou seja quanto menor a
concentraccedilatildeo tanto maior a biocompatibilidade das soluccedilotildees Por esse motivo as soluccedilotildees
desenvolvidas contavam com pequenas concentraccedilotildees de sais de modo a ser o mais semelhante
possiacutevel aos componentes ioacutenicos da proacutepria pele humana
24
24
32 Produccedilatildeo dos novos eleacutetrodos
321 Produccedilatildeo da estrutura porosa de policarbonato
A produccedilatildeo da estrutura porosa (wicks) foi realizada atraveacutes da sinterizaccedilatildeo de poacutes de
policarbonato (PC)
No que diz respeito ao processo de fabrico propriamente
dito o primeiro passo consistiu na moagem da mateacuteria-prima
(policarbonato) de seguida estas partiacuteculas foram sinterizadas
atraveacutes de um equipamento designado por cilindro de sinterizaccedilatildeo
Este cilindro foi aquecido a uma temperatura de asymp170degC e atingida
esta gama de temperaturas colocaram-se as partiacuteculas no molde
ldquoWickrdquo com as dimensotildees apresentadas na Figura 12 que se
encontrava dentro do cilindro central Procedeu-se
imediatamente ao encaixe do pistatildeo no cilindro central Para
finalizar mergulhou-se em aacutegua fria o cilindro central contendo o
molde deixando de seguida secar agrave temperatura ambiente [36]
322 Preparaccedilatildeo dos eleacutetrodos de pratacloreto de prata
Para a deposiccedilatildeo da camada de cloreto de prata nos fios de prata recorreu-se a uma teacutecnica
de deposiccedilatildeo quiacutemica Para isso os fios de prata (Ag) (diacircmetro = 250 miacutecron 9999 Goodfellow
Cambridge) foram oxidados com uma soluccedilatildeo de cloreto de ferro (III) (MERCK Lote 7705-08-0) apoacutes
um preacute-tratamento que permitiu a remoccedilatildeo de impurezas e sujidades presentes na superfiacutecie dos fios
Este preacute-tratamento consistiu na limpeza da superfiacutecie dos fios com 2-propanol e posterior imersatildeo
dos mesmos numa tina de ultrassons com 2-propanol durante 10 minutos De seguida mergulharam-
se os fios de prata em aacutegua destilada de forma a remover todo o 2-propanol presente Finalmente
o processo de oxidaccedilatildeo consistiu em submergir os fios de prata numa soluccedilatildeo aquosa de FeCl3 50 mM
durante 2 minutos ao finalizar este periacuteodo foram armazenados durante 24h num recipiente revestido
com folha de alumiacutenio que possuiacutea uma soluccedilatildeo de HCl 01M para estabilizaccedilatildeo Os fios que natildeo foram
utilizados imediatamente foram armazenados num recipiente revestido com folha de alumiacutenio com
uma soluccedilatildeo de HCl 0005M O comprimento de cada fio de prata eacute aproximadamente de 8 cm
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato
25
25
323 Montagem dos eleacutetrodos
Apoacutes o fabrico da estrutura porosa e da preparaccedilatildeo dos
fios de prata procedeu-se agrave montagem dos eleacutetrodos para isso
cortaram-se pequenas porccedilotildees de uma esponja em poliuretano
com configuraccedilatildeo ciliacutendrica e um diacircmetro semelhante ao da
parte superior da estrutura porosa De seguida atravessou-se esta
esponja com o fio de prata e inseriu-se o conjunto ldquoesponja +
arame de pratardquo dentro de um orifiacutecio superior que a estrutura
porosa possui Finalmente incorporou-se esta estrutura dentro de
um tubo de PVC de modo a atingir a configuraccedilatildeo apresentada na
Figura 13
33 Preparaccedilatildeo dos ensaios
Antes do iniacutecio dos ensaios os eleacutetrodos foram previamente lavados com 2-propanol e
colocados na estufa de modo a evaporar os resiacuteduos do aacutelcool Posteriormente foi aplicada a soluccedilatildeo
hidratante que se pretendia estudar de modo a que a esponja ficasse completamente embebida Desta
forma por uma parte os novos eleacutetrodos em estudo foram testados recorrendo agraves soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 e por outra os eleacutetrodos que serviram como controlo (eleacutetrodo de AgAgCl
(BIO EASYCAP GmbH Alemanha)) utilizaram o gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) Foram tambeacutem utilizados eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) como referecircncia
Para os estudos eletroquiacutemicos incorporaram-se os eleacutetrodos numa montagem constituiacuteda por
um potenciostatogalvanostato Gamry G-300 (Gamry Instruments USA) De modo a diminuir o ruiacutedo
eletroacutenico os ensaios foram todos realizados dentro de uma Gaiola de Faraday Eacute importante referir
que uma vez o nosso sistema de aquisiccedilatildeo de dados era ldquoearth groundedrdquo seguiu-se a sugestatildeo da
bula do Gamry e optou-se unicamente por ligar o ldquofloating groundrdquo agrave gaiola
34 Condiccedilotildees dos ensaios
A primeira parte do trabalho foi desenvolvida laquoIn vitroraquo com eleacutetrodos multipino foi feito
entatildeo um estudo do ruido eletroquiacutemico entre eleacutetrodos do mesmo tipo nas diferentes soluccedilotildees
referidas na Tabela 2 De seguida realizou-se um estudo das impedacircncias dos novos eleacutetrodos nas
diferentes soluccedilotildees seguidos por um estudo de controlo realizado nas mesmas condiccedilotildees com o
eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente e o correspondente gel hidratante Estes ensaios foram
reproduzidos 3 vezes uma vez que em estudos anteriores jaacute se tinha verificado uma boa
reprodutibilidade dos ensaios
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios
26
26
Na segunda fase dos estudos realizou-se uma avaliaccedilatildeo do ruido da impedacircncia vs frequecircncia
laquoIn vivoraquo com as diferentes soluccedilotildees Estes ensaios foram realizados em 8 voluntaacuterios saudaacuteveis 6 do
sexo feminino e 2 do masculino Deste modo consegue-se escolher uma soluccedilatildeo para avanccedilar ao
estaacutegio seguinte que consistia na mediccedilatildeo e comparaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos obtidos tanto
com os eleacutetrodos de controlo como com os eleacutetrodos multipino porosos com a soluccedilatildeo hidratante mais
adequada Os resultados foram obtidos com a participaccedilatildeo de 2 voluntaacuterios saudaacuteveis de ambos sexos
341 Ensaios laquoIn vitroraquo
3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito
Nos ensaios de ruiacutedo eletroquiacutemico apenas foram utilizados eleacutetrodos multipino porosos
Fig14 (b) sendo um ligado ao terminal do eleacutetrodo de trabalho e o outro ao terminal do eleacutetrodo de
referecircncia A distacircncia entre os eleacutetrodos foi controlada durante o decorrer dos ensaios optando-se
por uma distacircncia de 3 cm entre os dois eleacutetrodos Foi tambeacutem realizada uma montagem de controlo
nas mesmas condiccedilotildees contudo esta era constituiacuteda por dois eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel
Electro-Cap International Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA)
Estabelecida a montagem do sistema eletroacutenico procedeu-se agrave mediccedilatildeo do ruiacutedo eleacutetrico em
circuito aberto para isso recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software ldquoESA410 Data Acquisitionrdquo da Gamry
um software projetado especificamente para a aquisiccedilatildeo e anaacutelise de sinais de ruiacutedo eletroquiacutemico
[37] Para aquisiccedilatildeo dos dados o ESA410trade associa-se ao potenciostato Gamry que faz aquisiccedilatildeo dos
dados em modo potenciostaacutetico a recolha dos dados eacute feita em circuito aberto O teste para cada
eleacutetrodo foi realizado ao longo de 12 minutos com uma taxa de amostragem constante de 1000 Hz
ao longo de todo o teste e um filtro de 10 A frequecircncia de amostragem foi escolhida tendo em conta
o Teorema de Nyquist que afirma que a frequecircncia de amostragem de um sinal analoacutegico para que
possa posteriormente ser reconstituiacutedo com o miacutenimo de perda de informaccedilatildeo deve ser igual ou maior
a duas vezes a maior frequecircncia do espectro desse sinal 119861 le119891119904
2 Por outras palavras a frequecircncia
maacutexima do sinal de entrada deveraacute ser menor ou igual a metade da taxa de amostragem [38] Para
que isto seja conseguido o sistema incorpora um filtro passa-baixo ldquoanti-aliasrdquo (deixa passar baixas
frequecircncias mas atenua as frequecircncias maiores do que a frequecircncia de Nyquist) [39]
3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito
Na montagem eletroacutenica dos ensaios de impedacircncia o contra eleacutetrodo era representado por
um eleacutetrodo comercial de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) o eleacutetrodo de trabalho um
eleacutetrodo poroso multipino (cada ensaio com as suas diferentes soluccedilotildees) e o eleacutetrodo de referecircncia
um eleacutetrodo de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) Fig14 (a) Optou-se tambeacutem pela
27
27
implementaccedilatildeo de um controlo com eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap International
Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap International Inc USA)
A obtenccedilatildeo dos dados eacute feita atraveacutes da teacutecnica de espectroscopia de impedacircncia
eletroquiacutemica em modo potenciostaacuteticordquo presente no software EIS300TM da Gamry neste modo de
funcionamento eacute aquirido um espectro de impedacircncia ao longo do intervalo de frequecircncias de 10 kHz
ateacute 01 Hz com uma tensatildeo AC aplicada (5 mV RMS) da tensatildeo de desvio DC (0 V vs circuito aberto)
e representados 3 pontos por deacutecada
(a) (b)
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo
342 Ensaios laquoIn vivoraquo
3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele
De modo a mensurar o ruiacutedo
causado pela interface entre o eletroacutelito e
a pele procedeu-se agrave montagem de um
sistema semelhante ao utilizado nos
ensaios do ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito dentro
de uma gaiola de Faraday contudo estes
ensaios foram realizados laquoIn vivoraquo
procedendo-se agrave colocaccedilatildeo dos dois
eleacutetrodos na zona anterior da tiacutebia com
um espaccedilo entre eles de 3 cm (Figura 15)
apoacutes a superfiacutecie da pele ter sido limpa
com etanol a 70
A montagem contava com um sistema de seguranccedila inserido em seacuterie no sistema de mediccedilatildeo
e que corta a corrente se esta for superior a 100 microA
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
28
28
A mediccedilatildeo do ruido foi feita tendo em conta o tipo de eleacutetrodo tendo-se para isso optado por
fazer as mediccedilotildees com eleacutetrodos do mesmo tipo ou seja num primeiro ensaio mensurou-se o ruido
entre 2 eleacutetrodos de pratacloreto de prata com o respetivo gel hidratante e numa segunda
abordagem optou-se por mensurar o ruido entre dois dos eleacutetrodos porosos com as diferentes soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 Contudo foi controlada a pressatildeo da banda que fixava os eleacutetrodos porosos
agrave tiacutebia sendo estipulado o valor da pressatildeo no intervalo de 15N a 2N
Neste ensaio o primeiro eleacutetrodo encontra-se ligado aos terminais dos eleacutetrodos de trabalho
o segundo ao terminal da referecircncia e o cabo do ground foi ligado agrave gaiola
Os paracircmetros dos ensaios foram os mesmos que os utilizados para a mediccedilatildeo do ruido
eleacutetrodo-eletroacutelito apresentados na secccedilatildeo 3411 contudo o tempo de aquisiccedilatildeo de sinal foi
reduzido a 5 minutos de modo a minorar o tempo de exposiccedilatildeo dos voluntaacuterios aos exames
3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele
laquoIn vivoraquo estes ensaios foram feitos logo
apoacutes a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico portanto a
superfiacutecie da pele se encontrava limpa e a
colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos obedecia agrave regra dos 3 cm
de distacircncia entre eleacutetrodos e 15-2N de pressatildeo
Para a mediccedilatildeo da impedacircncia eacute utilizada uma
configuraccedilatildeo diferente como referido no capitulo
33 Satildeo portanto utilizados 2 eleacutetrodos
comerciais de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH
Alemanha) um como referecircncia e outro como
contra eleacutetrodo e o eleacutetrodo em estudo
propiamente dito seja este o comercial (controlo)
ou o novo eleacutetrodo (Figura 16)
Os resultados obtidos para as diferentes
frequecircncias aleacutem de poderem ser representados
pelo diagrama de Nyquist como referido anteriormente podem tambeacutem ser representados num
Diagrama de Bode Neste diagrama a distribuiccedilatildeo dos valores de impedacircncia por vaacuterias ordens de
grandeza eacute representada em coordenadas polares (magnitude log|119885| em funccedilatildeo de log120596 )
3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos primariamente limpou-se a superfiacutecie do
escalpe com aacutelcool a 70 de modo a minimizar a camada gordurosa da pele De seguida procedeu-se
agrave colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos Foram colocados dois eleacutetrodos de AgAgCl (comerciais) um de forma a
servir como controlo (posiccedilatildeo O2) e outro em curto-circuito com o ground e a referecircncia (posiccedilatildeo
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino
durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia
29
29
Fp2) O eleacutetrodo poroso em estudo colocou-se a cerca de 3 cm do eleacutetrodo de AgAgCl posiccedilatildeo O2
de modo a captar o mesmo sinal que o obtido pelo eleacutetrodo de controlo (Figura 17)
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos
35 Implementaccedilatildeo em Matlab
Apoacutes a importaccedilatildeo do ficheiro obtido nos ensaios de ruiacutedo para o Matlab foi criado um filtro
Butterworth de ordem 20 de 05 ateacute 40 Hz atraveacutes da funccedilatildeo jaacute implementada pelo Matlab
ldquofdesignbandpassrdquo De seguida eacute aplicado o filtro duas vezes A primeira desde o primeiro ponto ateacute
o uacuteltimo e o segundo na ordem inversa Deste modo consegue-se natildeo soacute uma filtragem dupla mas
tambeacutem o cancelamento da fase dos filtros Assim efetivamente o filtro utilizado eacute de ordem 40 de
fase nula
De seguida eacute dividido o ensaio em segmentos de 30 segundos rejeitando os primeiros 10
segundos do ensaio Para cada segmento natildeo sobreposto eacute calculado o valor RMS da tensatildeo a
densidade espectral de potecircncia atraveacutes da estimaccedilatildeo pwelch do Matlab e o declive meacutedio (primeira
derivada do sinal) Contudo no final eacute calculada tambeacutem a densidade espectral de potecircncia global
que eacute expressa em dB
30
30
31
31
Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos
Resultados obtidos e discussatildeo
41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo
411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos
eleacutetrodos
Neste estudo eacute de extrema relevacircncia a eleiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante a utilizar Para isso
recorreu-se agrave realizaccedilatildeo de vaacuterios ensaios que possibilitassem uma avaliaccedilatildeo objetiva da resposta do
sistema Efetuou-se entatildeo primeiro uma anaacutelise do ruiacutedo ao longo de 12 minutos com os eleacutetrodos
multipino nas diferentes soluccedilotildees (um medido contra o outro) e a respetiva referecircncia de seguida
realizou-se um ensaio para mensurar a resistecircncia agrave passagem de corrente com os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees e a respetiva referecircncia
Assim sendo a Figura 18 revela a impedacircncia dos eleacutetrodos nas diferentes soluccedilotildees testadas
Nesta pode-se observar que a soluccedilatildeo 1 apresenta niacuteveis de impedacircncia ligeiramente mais baixos que
as restantes soluccedilotildees Contudo os seus niacuteveis encontram-se uma deacutecada acima dos valores obtidos
pelo eleacutetrodo e AgAgCl utilizado comercialmente com o respetivo gel hidratante Observa-se ainda
que os desvios padratildeo satildeo tatildeo baixos que quase natildeo satildeo percetiacuteveis o que significa que os ensaios satildeo
bastante reprodutiacuteveis Eacute tambeacutem importante notar que ao longo de todas as frequecircncias testadas
os valores de impedacircncia aleacutem de se encontrarem todos abaixo dos valores maacuteximos permitidos (20-
40 k) [35] encontram-se ainda abaixo dos 5 k referidos como valores de impedacircncia ideal por vaacuterios
fornecedores [40][41] o que eacute de extrema relevacircncia nos passos subsequentes de aquisiccedilatildeo do sinal
uma vez que eacute indispensaacutevel ter baixos niacuteveis de impedacircncia para conseguir captar ondas cerebrais
32
32
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Foram ainda feitas mediccedilotildees de ruiacutedo nas mesmas condiccedilotildees Realizando-se de seguida uma
anaacutelise no domiacutenio temporal e outra no domiacutenio das frequecircncias Para isso como foi referido no
capitulo 35 recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software Matlab A primeira anaacutelise eacute feita no domiacutenio
temporal (Figura 19 (a)) sob a forma de um graacutefico da tensatildeo meacutedia (RMS) em funccedilatildeo do tempo que
eacute obtida apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa-alto de modo a retirar a componente DC do sinal e assim
obter um sinal de ruiacutedo para altas frequecircncias que seraacute representado em periacuteodos de 30 segundos
Deste modo eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees da quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo de
estabilizaccedilatildeo do eleacutetrodo O que se observa eacute que os niacuteveis de ruiacutedo ao longo do tempo variam entre
185 microV ateacute 2 microV o que equivale a uma variaccedilatildeo maacutexima de 015 microV tanto para os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees como para o eleacutetrodo de AgAgCl no respetivo gel hidratante Observa-se
ainda que aleacutem das pequenas variaccedilotildees ao longo do tempo o desvio padratildeo para todas as soluccedilotildees eacute
muito semelhante sugerindo que natildeo haacute diferenccedilas significativas a niacutevel das soluccedilotildees implementadas
Eacute ainda de salientar que natildeo se observa nenhuma evoluccedilatildeo de ruiacutedo ao longo do tempo o que sugere
uma estabilizaccedilatildeo do sistema muito raacutepida A segunda anaacutelise no domiacutenio temporal corresponde ao
declive meacutedio (Figura 19 (b)) foi realizada recorrendo agrave primeira derivada do sinal em DC obtido a
cada 30 segundos Deste graacutefico eacute possiacutevel retirar informaccedilatildeo referente agrave deriva do potencial e ao
tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema Assim recorrendo agrave sua visualizaccedilatildeo observa-se que a
estabilizaccedilatildeo eacute feita de forma semelhante para todas as soluccedilotildees Contudo a soluccedilatildeo 3 apresenta
menos variaccedilotildees ao longo do tempo valores mais proacuteximos de zero e maior reprodutibilidade entre
ensaios Finalmente o teste de controlo efetuado com os eleacutetrodos comerciais de AgAgCl no gel
aparentam ser ligeiramente menos estaacuteveis contudo os valores se encontram na mesma gama de
tensotildees
33
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Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Para concluir realizou-se uma anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias para isso recorreu-se ao
graacutefico da densidade espectral de tensatildeo (Figura 20) Nele observa-se que os resultados do ruiacutedo do
sinal aumentam com a diminuiccedilatildeo das frequecircncias numa proporccedilatildeo 119903119906iacute119889119900 ~ 1 119891119903119890119902119906ecirc119899119888119894119886frasl
confirmando os estudos feitos por E Huigen em 2002 [20] No entanto estes tendem a estabilizar a
partir dos 10 Hz em valores proacuteximos dos -238 dB Eacute de referir que a para frequecircncias elevadas o
sinal de ruiacutedo eacute determinado pelo ruiacutedo do amplificador e natildeo pelo ruiacutedo da interface metal-eletroacutelito
uma vez que este eacute significativamente menor do que o ruiacutedo do amplificador impedindo assim a sua
mediccedilatildeo mesmo com equipamentos de baixo ruiacutedo [20]
34
34
Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
35
35
a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
36
36
Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
37
37
Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
38
38
Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
39
39
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
40
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
41
41
Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
42
42
Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
43
43
Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
44
44
VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
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45
Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
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Referecircncias
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Anexos
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Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso
com os olhos fechados 43
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 44
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz 44
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos 45
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados 45
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Lista de tabelas
Tabela 1 Classificaccedilatildeo convencional dos sinais de EEG tendo em conta a gama de frequecircncias em que se encontram com indicaccedilatildeo das situaccedilotildees tiacutepicas de ocorrecircncia [6] 2
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas 23
xv
Abreviaturas e Siacutembolos
Acroacutenimos
EEG Eletroencefalograma
NMF Natural moisturizer factor
PC Policarbonato
PCA Aacutecido carboxiacutelico da pirrolidona
PVC Policloreto de polivinilo
RMS Root mean square (Erro quadraacutetico meacutedio)
SNR ou SN Signal-to-noise ratio (Relaccedilatildeo sinal-ruiacutedo)
EIS Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica
ICM Interface ceacuterebro-maacutequina
Lista de siacutembolos
Ohm
1
Capiacutetulo 1 Introduccedilatildeo
Introduccedilatildeo
O eletroencefalograma (EEG) eacute o registo graacutefico dos potenciais eleacutetricos desenvolvidos no ceacuterebro
que eacute utilizado para o seu estudo Isto eacute feito atraveacutes de eleacutetrodos aplicados no couro cabeludo
diretamente na superfiacutecie encefaacutelica ou ateacute mesmo dentro da substacircncia encefaacutelica [1] O
procedimento foi descrito pela primeira vez pelo fisiologista alematildeo Emil du Bois-Reymond que
descobriu que a propagaccedilatildeo do estiacutemulo nervoso nos neuroacutenios resultava no surgimento de uma
corrente eleacutetrica Contudo soacute comeccedilou a ser usado em 1929 apoacutes Hans Berger (psiquiatra alematildeo)
ter conseguido obter a primeira imagem graacutefica das diferenccedilas de potencial presentes no ceacuterebro
[1][2] A combinaccedilatildeo dos diferentes sinais eacute captada pelos eleacutetrodos sob a forma de uma diferenccedila
de potencial entre cada par de eleacutetrodos (configuraccedilatildeo bipolar) ou entre cada eleacutetrodo e uma
referecircncia (configuraccedilatildeo monopolar) O princiacutepio baacutesico de obtenccedilatildeo dos traccedilados
eletroencefalograacuteficos (EEG) eacute a amplificaccedilatildeo dos sinais eleacutetricos atraveacutes da utilizaccedilatildeo de
amplificadores operacionais de instrumentaccedilatildeo [1][3][4] Estes dispositivos satildeo capazes de amplificar
pequenas diferenccedilas de potencial entre dois pontos do couro cabeludo gerando de seguida na forma
claacutessica por meio de um dispositivo chamado galvanoacutemetro de fio com registador e na forma atual
por meio de digitalizaccedilatildeo e impressatildeo um traccedilado graacutefico com diferentes formas de onda que podem
ser interpretados por especialistas na aacuterea [1][3]
Natildeo se sabe ainda interpretar completamente o significado das ondas do eletroencefalograma
mas sabe-se que estas satildeo geradas pela atividade sinaacuteptica dos neuroacutenios do coacutertex cerebral e pelas
informaccedilotildees neuro-eleacutetricas provenientes dos sistemas sensoriais Os traccedilados resultantes deste
exame quando o individuo se encontra acordado satildeo essencialmente dessincronizados isto eacute
compostos por ondas de tensotildees reduzidas e frequecircncias relativamente altas (ritmos alfa e beta)
Contudo quando o individuo se encontra a dormir e uma vez que nessa situaccedilatildeo o taacutelamo natildeo deixa
passar tatildeo facilmente a informaccedilatildeo que recebe os traccedilados dos potenciais sinaacutepticos do coacutertex
tornam-se menores menos variados e mais sincronizados [5] As ondas deste tipo podem ser descritas
atraveacutes da sua gama de frequecircncias ou de comprimentos de onda e periacuteodos associados e das
amplitudes sendo estas natildeo superiores aos 150 μV e a gama de frequecircncias encontrando-se entre os
05 e 60 Hz num EEG normal sendo portanto estes paracircmetros de grande importacircncia e a ter em
conta na anaacutelise destas ondas [6] Por convenccedilatildeo os sinais satildeo classificados em quatro bandas de
frequecircncia conforme ilustrado na Tabela 1
2
2
Tabela 1 Classificaccedilatildeo convencional dos sinais de EEG tendo em conta a gama de frequecircncias em
que se encontram com indicaccedilatildeo das situaccedilotildees tiacutepicas de ocorrecircncia [6]
ONDA FREQUEcircNCIA OCORREM DURANTE
Delta lt35 Hz Momentos do sono profundo
Theta 4-7 Hz Meditaccedilatildeo e relaxamento profundo
Alfa 8-13 Hz Estados mentais relaxados e no
sono
Beta gt13 Hz Estado normal de vigila
As designadas mediccedilotildees eletroencefalograacuteficas tecircm sido amplamente desenvolvidas e exploradas
por vaacuterios motivos que incluem a sua elevada resoluccedilatildeo temporal (na ordem dos milissegundos) e a
sua sensibilidade tanto agrave duraccedilatildeo como agrave intensidade da atividade neural resultado da sincronizaccedilatildeo
da atividade dos neuroacutenios Eacute tambeacutem uma teacutecnica muito atrativa uma vez que representa um
baixiacutessimo risco para os pacientes por ser um meacutetodo geralmente natildeo invasivo A teacutecnica EEG tem a
grande vantagem de possuir uma excelente resoluccedilatildeo temporal dos sinais Contudo sua principal
limitaccedilatildeo passa pela resoluccedilatildeo espacial uma vez que a propagaccedilatildeo da atividade eleacutetrica ao longo das
vias fisioloacutegicas e do cracircnio pode dar uma impressatildeo errada da localizaccedilatildeo da fonte da atividade
eleacutetrica resultando numa insuficiecircncia de detalhes espaciais para identificar as estruturas e funccedilotildees
relacionadas com a atividade eleacutetrica Todavia embora o sinal eleacutetrico tenha de ser transmitido
atraveacutes dos tecidos e isto provoca uma reduccedilatildeo da intensidade do sinal e pequenas distorccedilotildees assume-
se que esta atividade eacute a mesma tanto na superfiacutecie do coacutertex (local onde as ondas emergem) como
no escalpe (local onde as ondas satildeo coletadas) [5][7]
Na literatura aparecem relatos do uso de vaacuterios tipos de EEG para avaliar grupos de pacientes com
diferentes doenccedilas tais como tumores enxaquecas depressotildees e esquizofrenia no entanto na
clinica o EEG eacute sobretudo utilizado para diagnosticar doenccedilas vasculares cerebrais demecircncias e
encefalopatias [7][8][9] Todavia as aplicaccedilotildees hoje em dia para este tipo de sinais e seus sistemas
de eleacutetrodos satildeo inuacutemeras podendo-se destacar as interfaces ceacuterebro-maacutequina como uma das
principais Este tipo de interfaces procura atraveacutes das ondas produzidas no foro cerebral controlar
equipamentos sejam estes cliacutenicos ou natildeo Eacute possiacutevel detetar padrotildees de ativaccedilatildeo gerados pelo
ceacuterebro atraveacutes da colocaccedilatildeo de eleacutetrodos e anaacutelise dos sinais eletroencefalograacuteficos recolhidos tanto
no exterior como no interior da superfiacutecie encefaacutelica Os sinais captados indicam a atividade cerebral
do utilizador que apoacutes deteccedilatildeo e classificaccedilatildeo satildeo traduzidos para uma saiacuteda como por exemplo
o movimento de um cursor de um computador associado ao rato ou de qualquer dispositivo artificial
externo Os sinais de EEG natildeo-invasivos satildeo utilizados em aplicaccedilotildees de Interface ceacuterebro maacutequina
(ICM1) pois estes oferecem um niacutevel de qualidade de sinal aceitaacutevel que combina custos reduzidos e
facilidade de utilizaccedilatildeo[10]
Com o surgimento de outros meacutetodos de diagnoacutestico a utilizaccedilatildeo da eletroencefalografia entrou
em decaimento no entanto a associaccedilatildeo desta teacutecnica com o domiacutenio informaacutetico os seus baixos
1 ldquoA Interface ceacuterebro-maacutequina eacute um sistema que permite a interaccedilatildeo entre o utilizador e o meio que o cerca utilizando sinais de controlo gerados por meio da atividade cerebral O aprimoramento das pesquisas em ICM estaacute relacionado principalmente com os avanccedilos da neurofisiologia e computaccedilatildeo As pesquisas iniciais
dedicaram-se ao desenvolvimento de dispositivos de comunicaccedilatildeo de pessoas que perderam o controlo muscular voluntaacuterio (hellip)rdquo Mussatto Greice em [10] Atualmente satildeo frequentemente direcionados para auxiliar aumentar ou reparar a cogniccedilatildeo humana ou as funccedilotildees sensoriais e motoras
3
3
custos (quando comparados com as outras teacutecnicas) a facilidade na realizaccedilatildeo dos exames o pequeno
espaccedilo ocupado pelos equipamentos e a sua natureza inoacutecua vieram a dar-lhe um novo impulso
conquistando um lugar proeminente no diagnoacutestico de vaacuterias patologias cerebrais [11][12] Isso tornou
possiacutevel inclusive o mapeamento cerebral em escala de cores (a gradaccedilatildeo das cores relaciona-se
com a amplitude dos potenciais) muito popular atualmente As teacutecnicas para a obtenccedilatildeo e registo
foram por isso aprimoradas nos uacuteltimos anos evoluindo do registo em papel com um nuacutemero reduzido
de canais ao registo contiacutenuo em equipamentos de ateacute 256 canais acoplado ao registo de viacutedeo digital
atraveacutes de equipamentos dotados com sistemas wireless peccedilas de hardwares e softwares sofisticadas
para armazenamento de dados e complementar a anaacutelise visual atraveacutes da anaacutelise computacional
Contudo embora os avanccedilos informaacuteticos tenham sido importantes para o desenvolvimento desta
teacutecnica a questatildeo do eleacutetrodo a utilizar nas mediccedilotildees eacute essencial uma vez que os bioeleacutetrodos de
superfiacutecie satildeo responsaacuteveis pela captaccedilatildeo dos sinais na interface entre a pele e o equipamento de
aquisiccedilatildeo e registo sendo tambeacutem considerados o elo mais fraco na cadeia de aquisiccedilatildeo de sinal
(constituindo a maior fonte de ruiacutedo e de instabilidade) [12]
Existe uma vasta gama de eleacutetrodos disponiacuteveis incluindo eleacutetrodos de superfiacutecie descartaacuteveis ou
reutilizaacuteveis e eleacutetrodos profundos[13] Dentro dos eleacutetrodos profundos (intracranianos) mais
utilizados encontram-se os eleacutetrodos intracerebrais e os subdurais Eacute importante referir a existecircncia
destes eleacutetrodos contudo os eleacutetrodos abordados neste relatoacuterio satildeo os eleacutetrodos de superfiacutecie ou
seja aqueles que satildeo colocados sobre o escalpe Existem vaacuterias alternativas para a sua classificaccedilatildeo
todavia aqui seratildeo abordadas aquelas que se relacionam com a presenccedila ou ausecircncia de produtos
hidratantes utilizando o termo ldquoeleacutetrodos huacutemidosrdquo para aqueles que necessitam de uma soluccedilatildeo
hidratantegel e ldquoeleacutetrodos secosrdquo para aqueles que natildeo a exigem
Os principais tipos de eleacutetrodos utilizados na cliacutenica atualmente para a recolha de sinais
eletroencefalograacuteficos satildeo os eleacutetrodos de prata ouro e estanho Um eleacutetrodo do tipo Prata-Cloreto
de Prata (AgAgCl) (Figura 1) eacute um tipo de eleacutetrodo considerado como tendo caracteriacutesticas desejaacuteveis
de qualidade e estabilidade que o tornam em geral um eleacutetrodo de referecircncia no estado da arte
sendo vulgarmente utilizado em mediccedilotildees eletroquiacutemicas [14] Os fenoacutemenos que ocorrem quando
um eleacutetrodo metaacutelico entra em contacto com um eletroacutelito estatildeo na base da captaccedilatildeo dos sinais que
se pretende realizar Ocorre uma troca ioacutenica como resultado de uma reaccedilatildeo eletroquiacutemica associada
ao contacto Existindo uma tendecircncia para que os aacutetomos do metal percam eletrotildees e estes passem
para o eletroacutelito (oxidaccedilatildeo) fazendo assim com que o eleacutetrodo fique carregado negativamente no
que diz respeito ao eletroacutelito Contudo natildeo se trata de um processo estaacutetico e por conseguinte ocorre
igualmente a reaccedilatildeo contraacuteria ateacute se estabelecer o equiliacutebrio (reduccedilatildeo) [14] Este processo eacute descrito
pela Equaccedilatildeo de Nernst atraveacutes da qual eacute possiacutevel obter a constante de equiliacutebrio de uma
determinada reaccedilatildeo que envolva transferecircncia de eletrotildees Deste modo para uma reaccedilatildeo de
oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo (redox) temos
minus119899 119865119864 = minus119899 1198651198640 + 119877119879 119897119899 119876 hArr 119864 = 1198640 minus119877119879
119899119865119897119899 119876
( 1 )
Verifica-se que no ponto de equiliacutebrio o valor de Q pode ser descrito como K (contante de
equiliacutebrio da reaccedilatildeo) e considerando a constante universal dos gases perfeitos (R = 831 J K-1 mol-1 )
a carga eleacutetrica de uma mole de eletrotildees (F = 96485 Cmiddotmol-1) e que o ensaio decorre agrave temperatura
ambiente (T = 2982 K (25 degC)) obteacutem-se
E=E0-00257
nlnQ hArr 0=E0-
00257
nlnK hArr E0=
00257
nlnK hArr lnK=
n ∙ E0
00257
( 2 )
4
4
Onde Eordm se obteacutem a partir dos potenciais normais dos eleacutetrodos n eacute o nuacutemero de moles de eletrotildees
transferidos e Q eacute o quociente entre os produtos das atividades de produtos e reagentes na reaccedilatildeo
No caso da pele humana existem pequenas quantidades de NaCl (01-04) desta forma o aniatildeo
cloreto presente iraacute reagir com a prata do eleacutetrodo dando origem a uma diferenccedila de potencial
relacionado com a concentraccedilatildeo de cloreto [3] Portanto as trocas ioacutenicas que ocorrem na pele na
presenccedila deste eleacutetrodo satildeo representadas na ( 3
119860119892 + 119862119897minus 119860119892119862119897 + 119890minus ( 3 )
Este tipo de eleacutetrodos satildeo os mais utilizados hoje em dia na clinica
e satildeo fabricados como o nome o indica em prata agrave qual eacute aplicado um
revestimento de cloreto de prata Trata-se de um metal bem tolerado
pelo organismo humano que permite a obtenccedilatildeo de bons resultados
uma vez que aleacutem disso estes apresentam niacuteveis de ruido reduzidos e
natildeo satildeo facilmente polarizaacuteveis [3] no entanto a sua utilizaccedilatildeo exige
uma preparaccedilatildeo preacutevia da pele e a aplicaccedilatildeo de uma pasta condutora
(gel) que por vezes eacute desconfortaacutevel para o paciente sendo suscetiacutevel
de causar alergias e tornando o processo mais demorado uma vez que
a preparaccedilatildeolimpeza dos eleacutetrodos requer alguns cuidados e deve ser executada por um teacutecnico
Surgiu entatildeo a motivaccedilatildeo para criar novos eleacutetrodos secos que ultrapassassem estas dificuldades
dispensando a utilizaccedilatildeo do gel e a preparaccedilatildeo da pele todavia uma vez que o contacto liacutequido estaacute
ausente a impedacircncia interfacial eacute consideravelmente mais elevada (1 M contra 10-20 k)
refletindo-se numa maior sensibilidade ao movimento e de maneira geral na presenccedila de um maior
niacutevel de ruiacutedo o que exige preacute-amplificaccedilatildeo integrada Os custos associados agrave produccedilatildeo deste tipo de
eleacutetrodo satildeo tambeacutem mais elevados do que no caso dos eleacutetrodos convencionais
De modo a resolver estes problemas foi desenvolvido um novo
tipo de bioeleacutetrodo (Figura 2) [15] o qual tem a capacidade de
manter huacutemido o ponto de contacto com a pele evitando contudo
a utilizaccedilatildeo de pastas condutoras Este efeito foi conseguido usando
o princiacutepio da caneta de feltro o contacto com o escalpe eacute efetuado
a partir de vaacuterios pinos fabricados a partir de um poliacutemero poroso
acoplado a um pequeno reservatoacuterio com uma soluccedilatildeo hidratante os
pinos forneceratildeo entatildeo de forma controlada pelos efeitos
combinados da capilaridade e gravidade a soluccedilatildeo hidratante ao
ponto de contacto com o escalpe A sua forma oferece tambeacutem
muacuteltiplos pontos de contacto de modo a minimizar o ruiacutedo e obter
melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
O desenvolvimento destes eleacutetrodos compreenderaacute varias fases a primeira fase a implementar
seraacute a fabricaccedilatildeo da superfiacutecie porosa atraveacutes da compressatildeo de poacutes de policarbonato (PC) de seguida
seraacute feita a montagem dos diferentes componentes do eleacutetrodo nomeadamente a esponja o frio de
prata e o tubo de policloreto de polivinilo (PVC) que funcionaraacute como reservatoacuterio Finalmente seratildeo
preparadas e testadas vaacuterias soluccedilotildees com os mesmos componentes em diferentes concentraccedilotildees de
modo a concluir qual soluccedilatildeo fornece uma melhor hidrataccedilatildeo da pele otimizando assim os resultados
Figura 1 Eleacutetrodo de superfiacutecie comercial (Eleacutetrodo de controlo)
Figura 2 Corte transversal do bioeleacutetrodo de superfiacutecie em estudo com reservatoacuterio
para a soluccedilatildeo hidratante
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Capiacutetulo 2 Enquadramento teoacuterico
Enquadramento teoacuterico
A EEG eacute um registo associado a uma teacutecnica cliacutenica que se baseia na aquisiccedilatildeo dos sinais produzidos
no coacutertex cerebral A obtenccedilatildeo dos mesmos eacute possiacutevel uma vez que aiacute existem ceacutelulas excitaacuteveis
capazes de conduzir os impulsos nervosos os neuroacutenios Estes impulsos geram correntes eleacutetricas
atraveacutes do corpo da ceacutelula ateacute uma zona chamada zona de disparo Neste local as correntes dirigem-
se ao espaccedilo extracelular provocando uma diferenccedila de potencial que desencadearaacute um novo estiacutemulo
na proacutexima ceacutelula e que contribuiraacute para a produccedilatildeo dos referidos sinais
21 Sistema nervoso
O sistema nervoso eacute responsaacutevel pela maioria das funccedilotildees de controlo no organismo coordenando
e regulando as atividades corporais Isto eacute feito atraveacutes da interpretaccedilatildeo e resposta a estiacutemulos Este
sistema eacute convencionalmente dividido em duas categorias o sistema nervoso central (SNC) que se
verifica tratar do desenvolvimento das respostas aos estiacutemulos e o sistema nervoso perifeacuterico (SNP)
o responsaacutevel pela conduccedilatildeo do estiacutemulo nervoso No caso do SNC podem distinguir-se vaacuterios oacutergatildeos
o enceacutefalo (constituiacutedo pelo ceacuterebro cerebelo e tronco encefaacutelico) e a espinal medula Jaacute no caso do
SNP esta divisatildeo eacute feita atraveacutes da distinccedilatildeo entre nervos cranianos ou espinhais [16] Os nervos satildeo
essencialmente um conjunto de axoacutenios e dendrites de vaacuterios neuroacutenios
Os neurocircnios que datildeo origem aos nervos satildeo ceacutelulas com capacidade excitatoacuteria capazes de
transmitir sinais nervosos Contudo as ceacutelulas da glia tambeacutem presentes no sistema nervoso
sobretudo nos nervos satildeo as principais responsaacuteveis pela propagaccedilatildeo orientada do estiacutemulo uma vez
que ao recobrirem o axoacutenio criam circuitos neuronais independentes [16]
Os axoacutenios transmitem pulsos eleacutetricos devido agrave presenccedila de canais ioacutenicos que abrem e fecham
de modo a controlar as concentraccedilotildees dos diferentes iotildees nos meios interno e externo da ceacutelula
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211 Propagaccedilatildeo do sinal
Um impulso nervoso origina a transmissatildeo de um sinal codificado ao longo da membrana do
neuroacutenio Para compreender esta transmissatildeo dentro do proacuteprio neuroacutenio eacute necessaacuterio conhecer o
conceito de potenciais de repouso e de accedilatildeo
N as fases em que se verifica existir potenciais de repouso os iotildees de soacutedio entram para a ceacutelula
atraveacutes de transporte passivo uma vez que a concentraccedilatildeo destes eacute menor no interior da ceacutelula (a
favor do gradiente de concentraccedilatildeo) Posteriormente daacute-se a sua expulsatildeo de forma ativa ao mesmo
tempo que entram iotildees de potaacutessio ativamente Finalmente os iotildees de potaacutessio voltam passivamente
ao exterior da membrana outorgando agrave ceacutelula uma carga positiva Diz-se entatildeo que esta se encontra
polarizada Nas ceacutelulas nervosas o potencial de membrana ronda os -90mV [6]
Os potenciais de accedilatildeo satildeo os responsaacuteveis pela propagaccedilatildeo do estiacutemulo nervoso contudo a sua
duraccedilatildeo natildeo ultrapassa alguns milissegundos (ver a Figura 3) Esta propagaccedilatildeo ocorre quando o
potencial de membrana que se encontra nos -90mV passa a ocupar valores de -50 a -70mV devido a
uma perturbaccedilatildeo externa de modo a responder a esta situaccedilatildeo ocorre a passagem por difusatildeo dos
iotildees de soacutedio para o interior da ceacutelula resultando na alteraccedilatildeo dos potenciais ateacute entatildeo negativos
para valores que podem chegar a +35mV De seguida a ceacutelula expulsa ativamente o soacutedio alterando
assim o potencial para aproximadamente -95mV Daacute-se entatildeo a repolarizaccedilatildeo atraveacutes da bomba de
Na+K+ ou seja a ceacutelula volta agraves condiccedilotildees iniciais [6]
Apoacutes um sinal ser transportando atraveacutes de um neuroacutenio eacute necessaacuterio que este seja comunicado
ao neuroacutenio seguinte de modo a manter a transmissatildeo do impulso Esta transferecircncia daacute-se em locais
especiacuteficos e pode ser feita eletricamente (atraveacutes de iotildees) ou quimicamente (atraveacutes de uma fenda
sinaacuteptica onde um neurotransmissor eacute libertado e se liga a recetores especiacuteficos do neuroacutenio poacutes-
sinaacuteptico) [6][16]
Figura 3 Representaccedilatildeo do fluxo ioacutenico durante o potencial de accedilatildeo (Adaptado de [16])
9
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22 Aquisiccedilatildeo do sinal
Eacute impossiacutevel medir a atividade eleacutetrica gerada por um uacutenico neuroacutenio contudo a aquisiccedilatildeo do
sinal electroencefalograacutefico soacute eacute possiacutevel graccedilas agrave emissatildeo parcialmente sincronizada do impulso
nervoso numa parte significativa do coacutertex cerebral Deste modo o EEG reflete o somatoacuterio da
atividade siacutencrona de milhares de neuroacutenios com uma orientaccedilatildeo espacial semelhante assessorando
assim a aquisiccedilatildeo de um sinal reprodutiacutevel e mensuraacutevel que possibilita uma interpretaccedilatildeo fidedigna
[16]
Esta teacutecnica permite o registo da atividade eleacutetrica do ceacuterebro Eacute um procedimento raacutepido
simples e indolor no qual os impulsos eleacutetricos do ceacuterebro satildeo amplificados e registrados em papel
atraveacutes de um galvanoacutemetro ou em formato digital O seu interesse prende-se natildeo soacute com os baixos
custos da teacutecnica como tambeacutem com a obtenccedilatildeo em tempo real destes sinais de modo a conseguir
diagnosticar eventuais anomalias
A EEG quando comparada com outras teacutecnicas como por exemplo o eletrocardiograma (ECG)
apresenta uma maior dificuldade na obtenccedilatildeo dos dados uma vez que a tensatildeo a captar eacute de muito
menor amplitude os sinais por vezes encontram-se na regiatildeo do ruiacutedo eleacutetrico e aleacutem disso os
amplificadores comuns natildeo fornecem uma banda de funcionamento que consiga amplificar o sinal de
forma eficaz o que exige a utilizaccedilatildeo de amplificadores especialmente desenhados [6] Contudo
estas limitaccedilotildees natildeo impediram o avanccedilo desta tecnologia Ao longo do tempo as teacutecnicas de obtenccedilatildeo
dos dados foram-se aprimorando tendo chegado na fase de maturidade agrave arquitetura ilustrada na
Figura 4 em que a saiacuteda eacute representada em papel desenhada por canetas conduzidas por mecanismos
controlados por galvanoacutemetros Hoje em dia os sistemas evoluiacuteram sobretudo na parte final atraveacutes
da digitalizaccedilatildeo dos sinais filtrados e seu armazenamento num dispositivo digital Desta forma torna-
se muito mais flexiacutevel a fase de visualizaccedilatildeo dos sinais que eacute feita em monitores graacuteficos de
computador bem como a fase de armazenamento e arquivo e criaccedilatildeo de fichas de exame A
digitalizaccedilatildeo permite o processamento digital dos sinais a fim principalmente de os caracterizar do
ponto de vista morfoloacutegico e assim contribuir para a classificaccedilatildeo do ponto de vista cliacutenico
Figura 4 Diagrama de blocos representativo de um sistema para aquisiccedilatildeo de sinais
eletroencefalograacuteficos
A EEG eacute realizada atraveacutes da colocaccedilatildeo de eleacutetrodos no couro cabeludo obedecendo o
posicionamento dos mesmos a regras especiacuteficas pois a sua localizaccedilatildeo influencia os sinais captados
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De modo a facilitar a comparaccedilatildeo dos resultados eacute habitualmente utilizado um sistema se
colocaccedilatildeo padratildeo chamado 10-20 (Figura 5) Segundo este padratildeo os locais onde os eleacutetrodos satildeo
colocados satildeo denominados por letras de acordo com as aacutereas cerebrais adjacentes seguidas de um
nuacutemero impar se o eleacutetrodo se encontrar no lado esquerdo da cabeccedila ou par se for no lado direito
[6]
Apoacutes a obtenccedilatildeo do sinal contiacutenuo de EEG eacute
possiacutevel distinguir vaacuterios tipos de ondas de acordo
com a sua amplitude e frequecircncia A amplitude das
ondas pode ir ateacute aos 200 μV e a frequecircncia ateacute 30Hz
A Figura 6 representa os diferentes tipos de ondas
As ondas delta satildeo ondas da mais baixa frequecircncia
e amplitudes elevadas que ocorrem em momentos do
sono profundo por outro lado as ondas teta
encontram-se na gama de frequecircncias de 4-7 Hz
contudo
continuam a apresentar grandes amplitudes e ocorrem
em estaacutegios de meditaccedilatildeo e relaxamento profundo as
ondas alfa apresentam por sua vez amplitudes meacutedias
e frequecircncias compreendidas entre os 8 e os 13 Hz
correspondendo a estados mentais relaxados no sono
Finalmente as ondas beta satildeo as de mais elevada
frequecircncia (gt13 Hz) com amplitudes de cerca de 10 μV
e ocorrem quando existe um estimulo visual ou no estado
normal de vigiacutelia [6]
221 Eleacutetrodos
Os eleacutetrodos constituem a interface entre o escalpe e o equipamento de mediccedilatildeo No caso de um
eleacutetrodo huacutemido quando a parte metaacutelica entra em contacto com o eletroacutelito tem lugar um processo
de oxidaccedilatildeoreduccedilatildeo de iotildeesaacutetomos que daacute lugar ao aparecimento de um potencial caracteriacutestico
As propriedades fiacutesico-quiacutemicas tanto do eleacutetrodo como do eletroacutelito afetam o valor do potencial
Quando eleacutetrodos idecircnticos satildeo submersos num eletroacutelito homogeacuteneo ambos assumem o mesmo
potencial com respeito ao eletroacutelito Contudo eleacutetrodos diferentes colocados nas mesmas condiccedilotildees
apresentam potenciais diferentes [6] Deste modo eacute sensato concluir que a amplitude do potencial
depende do material de que o eleacutetrodo eacute feito Por esse motivo os eleacutetrodos utilizados na cliacutenica satildeo
comumente produzidos com prata e cloreto de prata uma vez apresentam uma resistecircncia agrave passagem
Figura 5 Sistema internacional 10-20 para
a colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos em EEG
(Adaptado de [17])
Figura 6 Representaccedilatildeo das ondas eletroencefalograacuteficas registadas durante um
exame de EEG [5]
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de corrente natildeo elevada e os seus niacuteveis de impedacircncia satildeo estaacuteveis ao longo de uma ampla gama de
frequecircncias
Contudo o material natildeo eacute o uacutenico paracircmetro que varia para escolher um eleacutetrodo Dependendo
das necessidades existem tambeacutem variedades morfoloacutegicas como os eleacutetrodos invasivos e os natildeo-
invasivos
2211 Eleacutetrodos invasivos
Dentro dos eleacutetrodos invasivos (intracranianos) os mais utilizados satildeo os eleacutetrodos profundos
intracerebrais e os subdurais [13] Os primeiros consistem em eleacutetrodos em forma de agulha feitos
de material flexiacutevel com muacuteltiplos pontos de contacto para registo Satildeo ideais para o registo de
atividade em aacutereas distantes da superfiacutecie Proporcionam ainda um registo preciso da regiatildeo
volumeacutetrica adjacente a cada ponto de registo no entanto a extensatildeo da dita aacuterea eacute limitada [18]
Portanto o uso deste tipo de eleacutetrodos eacute ideal apoacutes os resultados dos exames natildeo-invasivos sugerirem
um ldquoalvordquo provaacutevel Os eleacutetrodos subdurais que podem ser do tipo placa ou tira de silicone com
muacuteltiplos contatos de registo satildeo ideais para o registo de aacutereas extensas do coacutertex [14] Contudo os
eleacutetrodos subdurais podem natildeo registar adequadamente alteraccedilotildees localizadas em profundidade
Este tipo de eleacutetrodos deve apresentar dimensotildees reduzidas de modo a que o dano provocado no
tecido cerebral seja miacutenimo Devem tambeacutem apresentar locais de aplicaccedilatildeo suficientes para recolher
potenciais de muitos neuroacutenios simultaneamente No entanto devido agrave sua natureza altamente
invasiva soacute satildeo usados em casos especiais em que o seu uso pode trazer grandes benefiacutecios para o
paciente
2212 Eleacutetrodos natildeo invasivos
O foco deste estudo centra-se nos eleacutetrodos natildeo invasivos eleacutetrodos colocados na superfiacutecie do
escalpe O contacto entre o eleacutetrodo e a pele eacute facilitado (impedacircncia reduzida) pela utilizaccedilatildeo de
gel e se for esse o caso estaacute-se perante o caso dos eleacutetrodos huacutemidos Contudo a aplicaccedilatildeo deste
gel requer uma preparaccedilatildeo preacutevia da pele que por vezes pode ser demorada suscetiacutevel de
desencadear reaccedilotildees aleacutergicas e desconfortaacutevel para o paciente [3] Surgiu entatildeo a alternativa dos
eleacutetrodos secos eleacutetrodos capazes de aquirir sinais que dispensam a utilizaccedilatildeo de soluccedilotildees todavia
como resultado da ausecircncia do gel ou pasta condutora a impedacircncia interfacial eacute muito mais elevada
tornando indispensaacutevel a integraccedilatildeo de um andar de preacute-amplificaccedilatildeo no eleacutetrodo
Procurando contornar as dificuldades de cada teacutecnica optou-se pelo desenvolvimento de um
bioeleacutetrodo inovador que dispensa a utilizaccedilatildeo de gel mas que apesar disso manteacutem um bom contacto
com a pele humidificando-a
Entre os materiais disponiacuteveis para a fabricaccedilatildeo de eleacutetrodos encontram-se o accedilo inoxidaacutevel o
ouro (Au) o oacutexido de iriacutedio (IrO2)) a prata (Ag) etc [14] tendo-se optado por utilizar um fio de
prata revestido com uma fina camada de cloreto de prata uma vez que os eleacutetrodos fabricados com
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este material apresentam niacuteveis de ruiacutedo reduzidos grande estabilidade do potencial eleacutetrico na gama
de frequecircncias utilizada e uma impedacircncia interfacial baixa [14][19]
23 Interface do eleacutetrodo com a pele
A pele eacute um oacutergatildeo que cobre e protege o corpo e que se observa estar organizado em muacuteltiplas
camadas Eacute composta de trecircs camadas principais a epiderme a derme e a hipoderme cada uma
delas com carateriacutesticas estruturais especiacuteficas que levam a diferentes niacuteveis de condutividade
eleacutetrica e que podem ser representados atraveacutes de modelos baseados em componentes eleacutetricos
baacutesicos [14] Podemos entatildeo do ponto de vista eleacutetrico simular os tecidos bioloacutegicos a partir de um
circuito eleacutetrico formado por resistecircncias e condensadores dispostos em redes com seacuteries e paralelos
agindo estes como condutores ou dieleacutetricos nos quais o fluxo de corrente seguiraacute o caminho de
menor oposiccedilatildeo (Figura 7) Um exemplo ilustrativo desta situaccedilatildeo estaacute representado para o stratum
corneum a camada mais perifeacuterica da epiderme como este tecido eacute relativamente pouco condutor
apresenta uma elevada impedacircncia agrave transmissatildeo das correntes eleacutetricas [20] Assim devido agraves suas
propriedades dieleacutetricas a sua pequena espessura e o seu posicionamento entre o eleacutetrodo condutor
exterior e os tecidos subjacentes mais condutores eacute possiacutevel a sua representaccedilatildeo por meio de um
condensador de placas paralelas
Figura 7 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da interface com a pele e
o seu modelo de circuito eletroacutenico equivalente Adaptado de [14]
O valor da capacidade eleacutetrica da pele estaacute relacionado com a espessura e composiccedilatildeo da camada
coacuternea e tem um valor tiacutepico no intervalo 002-006 microFcm2 [14]
Por outro lado uma vez que alguns iotildees conseguem atravessar o stratum corneum atraveacutes dos
elementos da pele (foliacuteculos do cabelo suor canais das glacircndulas sebaacuteceas imperfeiccedilotildees da pele)
isso pode ser representado coletivamente por uma resistecircncia que seraacute colocada em paralelo com o
condensador Como as camadas subjacentes agrave epiderme satildeo relativamente condutoras representam-
se por uma resistecircncia em seacuterie adicional A presenccedila de uma elevada densidade de foliacuteculos pilosos
(que atuam como derivaccedilotildees de baixa resistecircncia) daacute origem a um valor muito baixo na resistecircncia da
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pele No entanto esta observaccedilatildeo eacute contrabalanccedilada pela dificuldade em fazer contato mecacircnico e
eleacutetrico firme Em tais casos a impedacircncia da pele eacute muito elevada e por vezes eacute necessaacuterio recorrer
agrave remoccedilatildeo dos pelos antes de realizar o exame [14]
231 Hidrataccedilatildeo da pele
O processo de hidrataccedilatildeo da pele humana acontece por duas vias a interna e a externa [21] No
caso da via interna isto acontece quando os queratinoacutecitos migram atraveacutes da derme e sofrem
alteraccedilotildees significativas uma vez que paralelamente a esse processo satildeo libertados liacutepidos e o fator
de hidrataccedilatildeo natural da pele (NMF - Natural moisturizer factor) No caso dos liacutepidos estes formam
uma barreira para a perda de aacutegua e ajudam a reter a hidrataccedilatildeo natural da pele Jaacute no caso da
hidrataccedilatildeo por via externa esta acontece quando introduzimos na pele substacircncias cosmeacuteticas e
farmacecircuticas com capacidades de humedecer as camadas externas da pele para isso na produccedilatildeo
destas substacircncias satildeo utilizadas principalmente trecircs tipos de ingredientes (1) os humectantes que
Incluem a glicerina a ureia e o aacutecido carboxiacutelico da pirrolidona (PCA) que atuam atraindo a aacutegua das
camadas inferiores da derme e ajudando a manter essa aacutegua no estrato coacuterneo (2) os agentes oclusivos
que aumentam os niacuteveis de humidade proporcionando uma barreira fiacutesica para a perda de aacutegua (ceras
oacuteleos e silicones) (3) os emolientes que procuram restaurar os NMF [21]
2311 O gel para utilizaccedilatildeo com os eleacutetrodos
O gel utilizado nos eleacutetrodos serve para (1) assegurar um bom contacto eleacutetrico com a pele do
paciente (2) facilitar a transferecircncia de carga na interface eleacutetrodo-eletroacutelito e assim (3) diminuir
a impedacircncia do estrato coacuterneo [14]
Existem dois tipos de gel o gel huacutemido normalmente denominados como pasta creme ou
substacircncia gelatinosa e o hidrogel Os primeiros satildeo geralmente compostos por aacutegua um agente
espessante bactericidasfungicidas sais ioacutenicos e um surfatante O sal ioacutenico tem como finalidade
conferir condutividade eleacutetrica ao gel e diminuir a impedacircncia eleacutetrica da pele atraveacutes da sua difusatildeo
na mesma Normalmente os sais utilizados satildeo o cloreto de soacutedio (NaCl) ou de potaacutessio (KCl) uma vez
que a maior parte dos iotildees presentes na superfiacutecie da pele humana satildeo o cloreto o soacutedio e o potaacutessio
permitindo assim que elevadas concentraccedilotildees destes sais sejam melhor toleradas pelo corpo
[14][18][22] Por outro lado o hidrogel eacute um gel soacutelido que incorpora hidrocoloacuteides naturais no
entanto a utilizaccedilatildeo destes agentes naturais por vezes provoca desempenhos variaacuteveis e cores pouco
atrativas levando assim agrave utilizaccedilatildeo de hidrocoloacuteides artificiais de modo a eliminar variabilidades
indesejadas
O hidrogel tecircm tendecircncia a causar menos irritaccedilotildees na pele quando comparado com o gel huacutemido
porque o hidrogel limita-se a garantir um bom contato eleacutetrico entre a pele e o eleacutetrodo sem afetar
as propriedades do stratum corneum [14]
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O hidrogel eacute eletricamente mais resistivo do que o gel no entanto esta desvantagem eacute
compensada tanto pela utilizaccedilatildeo de maiores aacutereas com hidrogel como tambeacutem pela diminuiccedilatildeo da
espessura da camada do mesmo Contudo isto natildeo eacute suficiente uma vez que o hidrogel natildeo eacute tatildeo
eficaz na hidrataccedilatildeo da pele (tem tendecircncia a absorver humidade) dando assim como resultado um
aumento na impedacircncia da pele [14]
24 Teacutecnicas de revestimento da prata com cloreto de prata
Finas camadas de um determinado metal depositado sobre um substrato desemprenham
muitas vezes uma funccedilatildeo essencial em muitos dispositivos como por exemplo nos circuitos integrados
No caso dos eleacutetrodos eacute necessaacuterio revestir os fios de prata com finas camadas de cloreto de prata
com o intuito de auxiliar a concretizaccedilatildeo das trocas ioacutenicas referidas no capiacutetulo 1 equaccedilatildeo (1) de
modo a ter-se uma transduccedilatildeo do sinal ioacutenico num sinal eleacutetrico de forma eficaz e reversiacutevel Estas
camadas devem apresentar caracteriacutesticas rigorosamente controladas A espessura a estrutura
atoacutemica e a composiccedilatildeo quiacutemica devem ser uniformes [14][18] Eacute tambeacutem importante que exista
pouca ou nenhuma contaminaccedilatildeo por outras partiacuteculas
As propriedades dos filmes satildeo altamente dependentes dos processos de deposiccedilatildeo Estes
devem ter boa aderecircncia e prover uma boa cobertura Deste modo para a preparaccedilatildeo da prata para
eleacutetrodos a teacutecnica a utilizar deve ser a deposiccedilatildeo eletroquiacutemica atraveacutes de um processo que envolve
a deposiccedilatildeo de um material soacutelido por meio de uma reaccedilatildeo quiacutemica com ou sem recurso a energia
externa Neste caso os substratos de prata satildeo submersos numa soluccedilatildeo contendo um agente oxidante
(por exemplo cloreto feacuterrico) produzindo assim uma fina camada de cloreto de prata ( ( 4)
Ag + + FCl3 FeCl2 + Ag ( 4 )
Em geral a deposiccedilatildeo por electroless plating de um metal envolve a deposiccedilatildeo de um
revestimento metaacutelico a partir dos seus iotildees presentes num banho aquoso sobre uma superfiacutecie atraveacutes
de uma reaccedilatildeo de reduccedilatildeo quiacutemica controlada que eacute ativada pelo metal que estaacute a ser depositado
(reduzido) [23] Os revestimentos obtidos atraveacutes da implementaccedilatildeo desta teacutecnica satildeo geralmente
uniformes duros com elevadas resistecircncias agrave corrosatildeo e ao desgaste e apresentam baixo coeficiente
de fricccedilatildeo [24][25]
Existe contudo uma enorme variedade de meacutetodos eletroquiacutemicos que permitem a
oxidaccedilatildeodeposiccedilatildeo de finas camadas de cloreto de prata tais como a deposiccedilatildeo assistida por plasma
ou por feixes de iotildees o sputtering a deposiccedilatildeo quiacutemica e a deposiccedilatildeo fiacutesica em fase de vapor etc
[25] Todavia a execuccedilatildeo destes processos envolve a utilizaccedilatildeo de equipamentos altamente
especializados em ambiente de vaacutecuo vaacuterias soluccedilotildees e um campo eleacutetrico de modo a possibilitar a
transformaccedilatildeo de energia quiacutemica em energia eleacutetrica e vice-versa Finalmente um meacutetodo tambeacutem
bastante usado eacute a sinterizaccedilatildeo de poacute de cloreto de prata sobre o substrato metaacutelico dando origem
a um revestimento espesso e poroso
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25 Novo conceito de eleacutetrodo
O desenvolvimento do novo tipo de bioeleacutetrodo busca
colmatar as lacunas presentes nos eleacutetrodos disponiacuteveis
comercialmente (dos tipos huacutemido e seco) Tentando manter as
melhores carateriacutesticas de cada tipo de eleacutetrodo Para isso eacute
necessaacuterio desenvolver o eleacutetrodo com materiais condutores que
possibilitem as trocas ioacutenicas e aleacutem disso tenha a capacidade
de manter huacutemido o ponto de contacto com a pele de forma a
diminuir a impedacircncia na interface mas sem usar pastas ou gel
que sujam a pele
A hidrataccedilatildeo da pele por via externa nos ensaios a
realizar eacute feita atraveacutes da aplicaccedilatildeo de diferentes soluccedilotildees
hidratantes que se encontram embebidas numa esponja num
reservatoacuterio existente no eleacutetrodo (Figura 8) Estas soluccedilotildees tecircm a capacidade de migrar atraveacutes do
eleacutetrodo atraveacutes do efeito de capilaridade e gravidade uma vez que a base do eleacutetrodo eacute feita de
policarbonato com porosidade aberta adequada ao fenoacutemeno da capilaridade
O desenvolvimento deste bioeleacutetrodo inovador possibilita tambeacutem uma colocaccedilatildeo raacutepida
coacutemoda e segura Uma vez que estes passam a ser colocados com uma touca
Finalmente eacute tambeacutem importante referir que a forma do eleacutetrodo em multipino permitiraacute
numerosos pontos de contacto de modo a minimizar a impedacircncia do mesmo contribuindo para a
obtenccedilatildeo de melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
26 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
O ruiacutedo eacute um sinal interferente de natureza aleatoacuteria que provoca a degradaccedilatildeo de sinal
durante o seu processamento Em eletroacutenica diz respeito a quaisquer correntes ou tensotildees indesejadas
que mascaram o sinal que realmente interessa
Nos dispositivos e circuitos eletroacutenicos existem inuacutemeras fontes de ruiacutedo dai a importacircncia
na sua caraterizaccedilatildeo
Um tipo importante de ruiacutedo eacute o ruiacutedo de Johnson-Nyquist presente nos portadores de carga
e em todos os elementos com resistecircncia eleacutetrica Este tipo de ruiacutedo eacute caraterizado por uma densidade
espectral de potecircncia (do inglecircs power spectral density - PSD) uniforme e forma de onda gaussiana
[26]
O ruiacutedo de Johnson-Nyquist eacute comumente chamado ruiacutedo teacutermico e a sua tensatildeo eficaz pode
ser calculado atraveacutes da ( 5 para uma resistecircncia eleacutetrica R
Vt= radic4∙k∙T∙B∙R=radic16times1020
∙B∙R ( 5 )
Figura 8 Eleacutetrodo de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios A representa o fio de prata B a soluccedilatildeo condutora C a esponja do reservatoacuterio e D material de policarbonato de natureza porosa onde se estabelece o contacto com a pele
16
16
onde k representa a constante de Boltzmann em JK T a temperatura da resistecircncia em K B
a banda equivalente de ruiacutedo e R o valor da resistecircncia em Ohm
Para o caacutelculo da banda equivalente de ruiacutedo considera-se que o sistema tem uma funccedilatildeo de
transferecircncia do tipo 1198810
119881119894frasl = 119860(119895119891) e estaacute sujeito a uma entrada de ruiacutedo de PSD 119878119881119894
Deste modo
obtemos que o valor meacutedio da tensatildeo de ruiacutedo na saiacuteda para um amplificador seraacute
1198811198990
2 = int 119878119881119894 |A(jf)|2 partfinfin
0
( 6 )
Sendo |119860(119895119891)| usualmente uma funccedilatildeo do tipo
Figura 9 Funccedilatildeo de um filtro passa-baixos |119912(119947119943)|
Uma vez que as regiotildees sombreadas satildeo iguais pode-se simplificar o caacutelculo atraveacutes da aacuterea
de um retacircngulo com a mesma aacuterea que o quadrado da funccedilatildeo de transferecircncia Temos entatildeo que a
banda equivalente eacute dada por
B=1
|A0|2int |A(jf)|2 partf
infin
0
( 7 )
Outro tipo de ruiacutedo presente nos equipamentos eletroacutenicos que eacute interessante estudar eacute o
ruiacutedo ldquoshotrdquo ou ruiacutedo de corrente (Ish) que como o nome indica estaacute associado agrave corrente DC que
flui atraveacutes de uma barreira de potencial e pode ser representado por
Ish= radic2∙q∙IDc∙B ( 8 )
Onde q representa a carga eletroacutenica em coulomb e IDC a corrente contiacutenua meacutedia em ampere
Finalmente outro tipo de ruiacutedo a estudar seraacute o ruiacutedo 1f ldquoflickerrdquo ou ruiacutedo de contacto (If)
que ocorre devido agraves diferenccedilas nos niacuteveis de energia eleacutetricos quando existe um contato imperfeito
entre dois materiais Este tipo de ruiacutedo pode ser calculado atraveacutes de
119868119891 = 119870 ∙ 119868119863119888 ∙ radic119861
radic119891 ( 9 )
Onde K eacute um valor constante que depende do material e da geometria
A baixas frequecircncias este ruiacutedo eacute chamado de ruiacutedo ldquo1frdquo devido agrave tendecircncia caracteriacutestica
de decrescimento com a frequecircncia Eacute importante notar que a magnitude do ruido ldquoflickerrdquo pode ser
17
17
muito grande para pequenas frequecircncias o que leva a que seja a forma de ruiacutedo predominante em
circuitos de baixa frequecircncia
Considerando o ruiacutedo total como adiccedilatildeo das contribuiccedilotildees dos vaacuterios tipos de ruiacutedo na
configuraccedilatildeo eleacutetrica adotada para um amplificador pode-se considerar que o ruiacutedo na entrada segue
a representaccedilatildeo da Figura 10 da qual eacute possiacutevel retirar que
1198681198992 =
1198811198991199052 minus 119881119899
2 minus 1198811199052
1198771199042 ( 10 )
Na praacutetica In pode ser calculado atraveacutes da PSD do ruiacutedo total obtido com uma resistecircncia
elevada de modo a que 1198811198990≫ 119860radic119881119899
2 ∙ 1198811199052 e que Vn eacute a PSD do sistema com a entrada em curto circuito
Figura 10 Circuito representativo dos componentes do ruiacutedo do amplificador na entrada segundo o modelo Vn-In
No corpo humano a captaccedilatildeo dos biopotenciais no escalpe estaacute sujeita agrave presenccedila de ruiacutedo
eleacutetrico intriacutenseco indesejado na interface eleacutetrodogelpele que faz com que o processo de deteccedilatildeo
e anaacutelise dos sinais bioloacutegicos reais seja mais complicado Eacute necessaacuterio por isso caracterizar e
conhecer a magnitude e origem destas flutuaccedilotildees de modo a caraterizar a qualidade dos eleacutetrodos
desenvolvidos
O ruiacutedo eleacutetrodo-pele pode estar ligado agrave interface entre o eleacutetrodo e o eletroacutelito ou entatildeo
agrave interface eletroacutelito-pele No primeiro caso esta situaccedilatildeo pode ser mensurada atraveacutes da colocaccedilatildeo
de eleacutetrodos do mesmo tipo um contra o outro Por outro lado o ruiacutedo produzido pela interface
eletroacutelito-pele deve ser mensurado de uma forma indireta atraveacutes do contacto direto entre o eleacutetrodo
e a pele Nesta situaccedilatildeo o ruiacutedo eacute tipicamente mais elevado do que o que se obteacutem na interface
eleacutetrodo-eletroacutelito [3] Uma vez que os resultados obtidos nestes ensaios dependem diretamente do
estado da pele eacute importante garantir um tratamento preacutevio adequado
18
18
261 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio do tempo RMS e Deriva do potencial
A raiz do valor quadraacutetico meacutedio RMS (do inglecircs root mean square) ou valor eficaz eacute uma
medida estatiacutestica da magnitude de uma quantidade variaacutevel que pode ser calculada atraveacutes da
expressatildeo
120600119877119872119878 = radic1
119873 sum120600119894
2
119873
119894=1
= radic1206001
2 + 12060022 + ⋯+ 120600119873
2
119873 ( 11 )
Nos sinais a estudar satildeo calculados os valores RMS da parte alternada do sinal em intervalos
de tempo sucessivos Destes valores eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees acerca da evoluccedilatildeo temporal do
sinal assim como a quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo
Por outro lado a deriva do potencial eacute calculada recorrendo agrave primeira derivada do sinal nos
diferentes pontos pela componente contiacutenua do sinal sendo portanto de natureza lenta Eacute possiacutevel
por isso analisar a deriva do potencial e o tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema atraveacutes do recurso desde
caacutelculo
262 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio das frequecircncias Densidade espectral
A densidade espectral de potecircncia PSD eacute definida pela transformada de Fourier da funccedilatildeo
de autocorrelaccedilatildeo (Rxx (120591)) de um processo estacionaacuterio ou seja
Teorema de Wiener-Khintchine 119878119909(119891) = F[Rxx(120591)]= int Rxx(120591)119890minus 1198952120587119891120591119889120591infin
minusinfin
( 12 )
Por outras palavras a PSD descreve a distribuiccedilatildeo da variacircncia de um processo aleatoacuterio no
domiacutenio da frequecircncia [27][28]
No Matlab esta estimaccedilatildeo eacute feita atraveacutes da funccedilatildeo pwelch jaacute implementada esta segue o
meacutetodo Welch para o caacutelculo da PSD Este meacutetodo eacute baseado no conceito de utilizaccedilatildeo de
periodogramas de estimaccedilatildeo espectral que satildeo o resultado da conversatildeo de um sinal no domiacutenio
temporal para o domiacutenio da frequecircncia [29] Para isso o meacutetodo Welch segue o fundamento do
meacutetodo Bartlett contudo permite a sobreposiccedilatildeo de segmentos [30]
O meacutetodo Bartlett consiste primeiramente na divisatildeo do segmento original de N amostras em
K segmentos de comprimento M Para cada segmento eacute obtido o periodograma calculado atraveacutes da
transformada discreta de Fourier de seguida eacute calculado o quadrado do resultado e dividido por M
Finalmente eacute feita a meacutedia do resultado dos periodogramas para todos os segmentos de K amostras
resultando num uacutenico vetor de potenciais em funccedilatildeo da frequecircncia Ou seja a reparticcedilatildeo da potecircncia
ao longo do espetro [28]
19
19
27 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo da impedacircncia
Um sistema eletroquiacutemico eacute aquele onde haacute a presenccedila de pelo menos uma fase condutora
eletroacutenica (eleacutetrodo) em contato direto com uma fase condutora ioacutenica (eletroacutelito) as quais originam
a interface eleacutetrodo-eletroacutelito onde se forma duma dupla camada eleacutetrica
A mediccedilatildeo da impedacircncia eletroquiacutemica em modo potenciostaacutetico eacute feita atraveacutes da
aplicaccedilatildeo de um sinal de potencial eleacutetrico sinusoidal 119881(119905) com cerca de 5 a 20 mV numa ceacutelula
eletroquiacutemica Satildeo medidas a resposta na forma de corrente eleacutetrica 119868(119905) e diferenccedila de fase entre
o sinal de potencial e o sinal da corrente [31] Ao medir a corrente alternada que atravessa a ceacutelula
eletroquiacutemica obtemos a impedacircncia Z da forma convencional 119885 = 119881119868 [32] Refira-se que a obtenccedilatildeo
da impedacircncia pode igualmente ser feita impondo uma perturbaccedilatildeo de corrente e medindo o
potencial A impedacircncia do eleacutetrodo reflete entatildeo a capacidade do eleacutetrodo para transferir carga a
determinada frequecircncia [32][33]
Deste modo tem-se se os valores da tensatildeo alternada V(t) e da intensidade I(t) forem
representados por
V(t)=V0∙ cos ωt
( 13 )
I(t)=I0∙ cos (ωt+φ) ( 14 )
No qual V0 representa a amplitude de pico do sinal 120596 a frequecircncia angular (120596 = 2120587119891) I0 a
amplitude do sinal de corrente e 120593 a diferenccedila de fase entre os dois sinais
Pela equaccedilatildeo de Euler
eiφ= cos φ +j sin φ ( 15 )
temos entatildeo que se φ=120596119905
V(t)= V0∙Re(ejωt) ( 16 )
representando essa tensatildeo alternada como uma parte real de uma grandeza complexa
temos que V(t) eacute equivalente a
V(t)=V0∙Re(119888119900119904120596119905 + 119895 ∙ 119904119894119899 120596119905) ( 17 )
Por outro lado atendendo agrave Equaccedilatildeo de Euler acima descrita a corrente eleacutetrica gerada
por um elemento de circuito em resposta a uma tensatildeo alternada pode ser escrita como
I(t)=I0∙Re(119890(120596119905+120593))
( 18 )
Deste modo a impedacircncia fica
Z(ω)=Z0∙ejφ
( 19 )
e aplicando a equaccedilatildeo de Euler
Z(ω)=Z ( cos φ + j sin φ ) ( 20 )
20
20
Obtemos uma equaccedilatildeo composta de uma parte real e uma parte imaginaacuteria possibilitando
assim a sua representaccedilatildeo num plano cartesiano onde a parte real corresponderaacute ao eixo das abcissas
e a parte imaginaria ao eixo das ordenadas (Diagrama de Nyquist)
Pode-se tambeacutem representar a impedacircncia como um vetor no plano complexo
Z (ω)=Re[Z(ω)]i +Im[Z(ω)]j ( 21 )
E se Z0 for o moacutedulo da impedacircncia a parte real de 119885(120596) escreve-se
Z=Z0∙ cos φ
( 22 )
sendo a parte imaginaacuteria representada por
Z=Z0∙ sin φ
( 23 )
que segundo a representaccedilatildeo de Fresnel corresponde a
Z(ω)=Z+ j Z
( 24 )
ou seja
1198850=|Z(ω)|=radicZ2+ Z
2 ( 25 )
e
tan φ = Z
Zfrasl ( 26 )
Os diagramas de Nyquist satildeo uacuteteis para reconhecer o tipo de processo envolvido Os diagramas
de Bode por outro lado mostram a dependecircncia direta do acircngulo de fase com a frequecircncia Este
uacuteltimo eacute particularmente interessante em escalas de frequecircncia muito diferentes uma vez que eacute
frequentemente representado atraveacutes da escala logariacutetmica portanto os resultados nos capiacutetulos
subsequentes seratildeo apresentados neste formato
21
21
A teacutecnica de Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica (do inglecircs Electrochemical
Impedance Spectroscopy - EIS) fornece uma visatildeo completa e detalhada das caracteriacutesticas eleacutetricas
da interface eleacutetrodo-eletroacutelito quando efetuada
numa gama suficientemente largada de frequecircncias
Na Figura 11 estaacute representado um esquema da
montagem experimental para mediccedilatildeo da
impedacircncia As reaccedilotildees eletroquiacutemicas satildeo em
essecircncia reaccedilotildees quiacutemicas em que ocorrem
transferecircncia de eletrotildees para um eleacutetrodo e como
regra ocorrem de acordo com princiacutepios quiacutemicos
gerais Haacute contudo certas caracteriacutesticas das
reaccedilotildees eletroquiacutemicas que satildeo uacutenicas Algumas
delas envolvem a transferecircncia de eletrotildees atraveacutes
de uma interface (reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo) o
que acarreta uma dependecircncia com as dimensotildees e
aacuterea do eleacutetrodo assim como tambeacutem das
propriedades da interface com o eleacutetrodo
Eacute habitual que os eleacutetrodos de AgAgCl apresentem potenciais relativamente baixos e
estaacuteveis Portanto a deposiccedilatildeo da camada de AgCl estabilizaraacute o potencial do eleacutetrodo e reduziraacute os
niacuteveis de impedacircncia Eacute de salientar que impedacircncias aceitaacuteveis para os eleacutetrodos de superfiacutecie devem
encontrar-se abaixo dos 5 k uma vez que quanto maior a impedacircncia maior seraacute a resistecircncia do
eleacutetrodo agrave passagem de corrente No entanto valores de 10 k ou mesmo 40 K ainda satildeo
considerados aceitaacuteveis dependendo dos autores [34][35]
Figura 11 Esquema representativo do ensaio potenciostaacutetico para mediccedilatildeo da impedacircncia
22
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Capiacutetulo 3 Materiais e meacutetodos
Materiais e meacutetodos
31 Preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes
Na preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes dissolveu-se cloreto de soacutedio (NaCl) em aacutegua
adicionando de seguida um tensioativo (tweencopy-80) e um humectante (propilenoglicol) As
concentraccedilotildees destes componentes variaram nas 3 soluccedilotildees conforme referido na Tabela 2 Conveacutem
referir que cada componente foi dissolvido em constante e contiacutenua agitaccedilatildeo numa placa de
agitaccedilatildeo tendo-se misturado primeiro o propilenogicol com o tweencopy e soacute depois com os restantes
compostos
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas
COMPONENTE INFORMACcedilAtildeO DO COMPONENTE SOLUCcedilAtildeO
1 2 3
NaCl (mV) VWR-BDH Prolabo Lote 27810295
09 09 09
Tweencopy-80 (VV) Acofarma
Lote 130287 3 3 5
Propilenoglicol(VV) Acofarma
Lote 131337 10 30 30
Aacutegua (VV) - qbp 100 qbp 100 qbp 100
A biocompatibilidade das mateacuterias-primas empregues para a obtenccedilatildeo das soluccedilotildees torna este
novo conceito de eleacutetrodo uma alternativa promissora para utilizaccedilatildeo cliacutenica Esta biocompatibilidade
estaacute inversamente relacionada com a concentraccedilatildeo de cloretos de soacutedio ou seja quanto menor a
concentraccedilatildeo tanto maior a biocompatibilidade das soluccedilotildees Por esse motivo as soluccedilotildees
desenvolvidas contavam com pequenas concentraccedilotildees de sais de modo a ser o mais semelhante
possiacutevel aos componentes ioacutenicos da proacutepria pele humana
24
24
32 Produccedilatildeo dos novos eleacutetrodos
321 Produccedilatildeo da estrutura porosa de policarbonato
A produccedilatildeo da estrutura porosa (wicks) foi realizada atraveacutes da sinterizaccedilatildeo de poacutes de
policarbonato (PC)
No que diz respeito ao processo de fabrico propriamente
dito o primeiro passo consistiu na moagem da mateacuteria-prima
(policarbonato) de seguida estas partiacuteculas foram sinterizadas
atraveacutes de um equipamento designado por cilindro de sinterizaccedilatildeo
Este cilindro foi aquecido a uma temperatura de asymp170degC e atingida
esta gama de temperaturas colocaram-se as partiacuteculas no molde
ldquoWickrdquo com as dimensotildees apresentadas na Figura 12 que se
encontrava dentro do cilindro central Procedeu-se
imediatamente ao encaixe do pistatildeo no cilindro central Para
finalizar mergulhou-se em aacutegua fria o cilindro central contendo o
molde deixando de seguida secar agrave temperatura ambiente [36]
322 Preparaccedilatildeo dos eleacutetrodos de pratacloreto de prata
Para a deposiccedilatildeo da camada de cloreto de prata nos fios de prata recorreu-se a uma teacutecnica
de deposiccedilatildeo quiacutemica Para isso os fios de prata (Ag) (diacircmetro = 250 miacutecron 9999 Goodfellow
Cambridge) foram oxidados com uma soluccedilatildeo de cloreto de ferro (III) (MERCK Lote 7705-08-0) apoacutes
um preacute-tratamento que permitiu a remoccedilatildeo de impurezas e sujidades presentes na superfiacutecie dos fios
Este preacute-tratamento consistiu na limpeza da superfiacutecie dos fios com 2-propanol e posterior imersatildeo
dos mesmos numa tina de ultrassons com 2-propanol durante 10 minutos De seguida mergulharam-
se os fios de prata em aacutegua destilada de forma a remover todo o 2-propanol presente Finalmente
o processo de oxidaccedilatildeo consistiu em submergir os fios de prata numa soluccedilatildeo aquosa de FeCl3 50 mM
durante 2 minutos ao finalizar este periacuteodo foram armazenados durante 24h num recipiente revestido
com folha de alumiacutenio que possuiacutea uma soluccedilatildeo de HCl 01M para estabilizaccedilatildeo Os fios que natildeo foram
utilizados imediatamente foram armazenados num recipiente revestido com folha de alumiacutenio com
uma soluccedilatildeo de HCl 0005M O comprimento de cada fio de prata eacute aproximadamente de 8 cm
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato
25
25
323 Montagem dos eleacutetrodos
Apoacutes o fabrico da estrutura porosa e da preparaccedilatildeo dos
fios de prata procedeu-se agrave montagem dos eleacutetrodos para isso
cortaram-se pequenas porccedilotildees de uma esponja em poliuretano
com configuraccedilatildeo ciliacutendrica e um diacircmetro semelhante ao da
parte superior da estrutura porosa De seguida atravessou-se esta
esponja com o fio de prata e inseriu-se o conjunto ldquoesponja +
arame de pratardquo dentro de um orifiacutecio superior que a estrutura
porosa possui Finalmente incorporou-se esta estrutura dentro de
um tubo de PVC de modo a atingir a configuraccedilatildeo apresentada na
Figura 13
33 Preparaccedilatildeo dos ensaios
Antes do iniacutecio dos ensaios os eleacutetrodos foram previamente lavados com 2-propanol e
colocados na estufa de modo a evaporar os resiacuteduos do aacutelcool Posteriormente foi aplicada a soluccedilatildeo
hidratante que se pretendia estudar de modo a que a esponja ficasse completamente embebida Desta
forma por uma parte os novos eleacutetrodos em estudo foram testados recorrendo agraves soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 e por outra os eleacutetrodos que serviram como controlo (eleacutetrodo de AgAgCl
(BIO EASYCAP GmbH Alemanha)) utilizaram o gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) Foram tambeacutem utilizados eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) como referecircncia
Para os estudos eletroquiacutemicos incorporaram-se os eleacutetrodos numa montagem constituiacuteda por
um potenciostatogalvanostato Gamry G-300 (Gamry Instruments USA) De modo a diminuir o ruiacutedo
eletroacutenico os ensaios foram todos realizados dentro de uma Gaiola de Faraday Eacute importante referir
que uma vez o nosso sistema de aquisiccedilatildeo de dados era ldquoearth groundedrdquo seguiu-se a sugestatildeo da
bula do Gamry e optou-se unicamente por ligar o ldquofloating groundrdquo agrave gaiola
34 Condiccedilotildees dos ensaios
A primeira parte do trabalho foi desenvolvida laquoIn vitroraquo com eleacutetrodos multipino foi feito
entatildeo um estudo do ruido eletroquiacutemico entre eleacutetrodos do mesmo tipo nas diferentes soluccedilotildees
referidas na Tabela 2 De seguida realizou-se um estudo das impedacircncias dos novos eleacutetrodos nas
diferentes soluccedilotildees seguidos por um estudo de controlo realizado nas mesmas condiccedilotildees com o
eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente e o correspondente gel hidratante Estes ensaios foram
reproduzidos 3 vezes uma vez que em estudos anteriores jaacute se tinha verificado uma boa
reprodutibilidade dos ensaios
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios
26
26
Na segunda fase dos estudos realizou-se uma avaliaccedilatildeo do ruido da impedacircncia vs frequecircncia
laquoIn vivoraquo com as diferentes soluccedilotildees Estes ensaios foram realizados em 8 voluntaacuterios saudaacuteveis 6 do
sexo feminino e 2 do masculino Deste modo consegue-se escolher uma soluccedilatildeo para avanccedilar ao
estaacutegio seguinte que consistia na mediccedilatildeo e comparaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos obtidos tanto
com os eleacutetrodos de controlo como com os eleacutetrodos multipino porosos com a soluccedilatildeo hidratante mais
adequada Os resultados foram obtidos com a participaccedilatildeo de 2 voluntaacuterios saudaacuteveis de ambos sexos
341 Ensaios laquoIn vitroraquo
3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito
Nos ensaios de ruiacutedo eletroquiacutemico apenas foram utilizados eleacutetrodos multipino porosos
Fig14 (b) sendo um ligado ao terminal do eleacutetrodo de trabalho e o outro ao terminal do eleacutetrodo de
referecircncia A distacircncia entre os eleacutetrodos foi controlada durante o decorrer dos ensaios optando-se
por uma distacircncia de 3 cm entre os dois eleacutetrodos Foi tambeacutem realizada uma montagem de controlo
nas mesmas condiccedilotildees contudo esta era constituiacuteda por dois eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel
Electro-Cap International Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA)
Estabelecida a montagem do sistema eletroacutenico procedeu-se agrave mediccedilatildeo do ruiacutedo eleacutetrico em
circuito aberto para isso recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software ldquoESA410 Data Acquisitionrdquo da Gamry
um software projetado especificamente para a aquisiccedilatildeo e anaacutelise de sinais de ruiacutedo eletroquiacutemico
[37] Para aquisiccedilatildeo dos dados o ESA410trade associa-se ao potenciostato Gamry que faz aquisiccedilatildeo dos
dados em modo potenciostaacutetico a recolha dos dados eacute feita em circuito aberto O teste para cada
eleacutetrodo foi realizado ao longo de 12 minutos com uma taxa de amostragem constante de 1000 Hz
ao longo de todo o teste e um filtro de 10 A frequecircncia de amostragem foi escolhida tendo em conta
o Teorema de Nyquist que afirma que a frequecircncia de amostragem de um sinal analoacutegico para que
possa posteriormente ser reconstituiacutedo com o miacutenimo de perda de informaccedilatildeo deve ser igual ou maior
a duas vezes a maior frequecircncia do espectro desse sinal 119861 le119891119904
2 Por outras palavras a frequecircncia
maacutexima do sinal de entrada deveraacute ser menor ou igual a metade da taxa de amostragem [38] Para
que isto seja conseguido o sistema incorpora um filtro passa-baixo ldquoanti-aliasrdquo (deixa passar baixas
frequecircncias mas atenua as frequecircncias maiores do que a frequecircncia de Nyquist) [39]
3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito
Na montagem eletroacutenica dos ensaios de impedacircncia o contra eleacutetrodo era representado por
um eleacutetrodo comercial de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) o eleacutetrodo de trabalho um
eleacutetrodo poroso multipino (cada ensaio com as suas diferentes soluccedilotildees) e o eleacutetrodo de referecircncia
um eleacutetrodo de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) Fig14 (a) Optou-se tambeacutem pela
27
27
implementaccedilatildeo de um controlo com eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap International
Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap International Inc USA)
A obtenccedilatildeo dos dados eacute feita atraveacutes da teacutecnica de espectroscopia de impedacircncia
eletroquiacutemica em modo potenciostaacuteticordquo presente no software EIS300TM da Gamry neste modo de
funcionamento eacute aquirido um espectro de impedacircncia ao longo do intervalo de frequecircncias de 10 kHz
ateacute 01 Hz com uma tensatildeo AC aplicada (5 mV RMS) da tensatildeo de desvio DC (0 V vs circuito aberto)
e representados 3 pontos por deacutecada
(a) (b)
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo
342 Ensaios laquoIn vivoraquo
3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele
De modo a mensurar o ruiacutedo
causado pela interface entre o eletroacutelito e
a pele procedeu-se agrave montagem de um
sistema semelhante ao utilizado nos
ensaios do ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito dentro
de uma gaiola de Faraday contudo estes
ensaios foram realizados laquoIn vivoraquo
procedendo-se agrave colocaccedilatildeo dos dois
eleacutetrodos na zona anterior da tiacutebia com
um espaccedilo entre eles de 3 cm (Figura 15)
apoacutes a superfiacutecie da pele ter sido limpa
com etanol a 70
A montagem contava com um sistema de seguranccedila inserido em seacuterie no sistema de mediccedilatildeo
e que corta a corrente se esta for superior a 100 microA
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
28
28
A mediccedilatildeo do ruido foi feita tendo em conta o tipo de eleacutetrodo tendo-se para isso optado por
fazer as mediccedilotildees com eleacutetrodos do mesmo tipo ou seja num primeiro ensaio mensurou-se o ruido
entre 2 eleacutetrodos de pratacloreto de prata com o respetivo gel hidratante e numa segunda
abordagem optou-se por mensurar o ruido entre dois dos eleacutetrodos porosos com as diferentes soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 Contudo foi controlada a pressatildeo da banda que fixava os eleacutetrodos porosos
agrave tiacutebia sendo estipulado o valor da pressatildeo no intervalo de 15N a 2N
Neste ensaio o primeiro eleacutetrodo encontra-se ligado aos terminais dos eleacutetrodos de trabalho
o segundo ao terminal da referecircncia e o cabo do ground foi ligado agrave gaiola
Os paracircmetros dos ensaios foram os mesmos que os utilizados para a mediccedilatildeo do ruido
eleacutetrodo-eletroacutelito apresentados na secccedilatildeo 3411 contudo o tempo de aquisiccedilatildeo de sinal foi
reduzido a 5 minutos de modo a minorar o tempo de exposiccedilatildeo dos voluntaacuterios aos exames
3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele
laquoIn vivoraquo estes ensaios foram feitos logo
apoacutes a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico portanto a
superfiacutecie da pele se encontrava limpa e a
colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos obedecia agrave regra dos 3 cm
de distacircncia entre eleacutetrodos e 15-2N de pressatildeo
Para a mediccedilatildeo da impedacircncia eacute utilizada uma
configuraccedilatildeo diferente como referido no capitulo
33 Satildeo portanto utilizados 2 eleacutetrodos
comerciais de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH
Alemanha) um como referecircncia e outro como
contra eleacutetrodo e o eleacutetrodo em estudo
propiamente dito seja este o comercial (controlo)
ou o novo eleacutetrodo (Figura 16)
Os resultados obtidos para as diferentes
frequecircncias aleacutem de poderem ser representados
pelo diagrama de Nyquist como referido anteriormente podem tambeacutem ser representados num
Diagrama de Bode Neste diagrama a distribuiccedilatildeo dos valores de impedacircncia por vaacuterias ordens de
grandeza eacute representada em coordenadas polares (magnitude log|119885| em funccedilatildeo de log120596 )
3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos primariamente limpou-se a superfiacutecie do
escalpe com aacutelcool a 70 de modo a minimizar a camada gordurosa da pele De seguida procedeu-se
agrave colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos Foram colocados dois eleacutetrodos de AgAgCl (comerciais) um de forma a
servir como controlo (posiccedilatildeo O2) e outro em curto-circuito com o ground e a referecircncia (posiccedilatildeo
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino
durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia
29
29
Fp2) O eleacutetrodo poroso em estudo colocou-se a cerca de 3 cm do eleacutetrodo de AgAgCl posiccedilatildeo O2
de modo a captar o mesmo sinal que o obtido pelo eleacutetrodo de controlo (Figura 17)
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos
35 Implementaccedilatildeo em Matlab
Apoacutes a importaccedilatildeo do ficheiro obtido nos ensaios de ruiacutedo para o Matlab foi criado um filtro
Butterworth de ordem 20 de 05 ateacute 40 Hz atraveacutes da funccedilatildeo jaacute implementada pelo Matlab
ldquofdesignbandpassrdquo De seguida eacute aplicado o filtro duas vezes A primeira desde o primeiro ponto ateacute
o uacuteltimo e o segundo na ordem inversa Deste modo consegue-se natildeo soacute uma filtragem dupla mas
tambeacutem o cancelamento da fase dos filtros Assim efetivamente o filtro utilizado eacute de ordem 40 de
fase nula
De seguida eacute dividido o ensaio em segmentos de 30 segundos rejeitando os primeiros 10
segundos do ensaio Para cada segmento natildeo sobreposto eacute calculado o valor RMS da tensatildeo a
densidade espectral de potecircncia atraveacutes da estimaccedilatildeo pwelch do Matlab e o declive meacutedio (primeira
derivada do sinal) Contudo no final eacute calculada tambeacutem a densidade espectral de potecircncia global
que eacute expressa em dB
30
30
31
31
Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos
Resultados obtidos e discussatildeo
41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo
411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos
eleacutetrodos
Neste estudo eacute de extrema relevacircncia a eleiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante a utilizar Para isso
recorreu-se agrave realizaccedilatildeo de vaacuterios ensaios que possibilitassem uma avaliaccedilatildeo objetiva da resposta do
sistema Efetuou-se entatildeo primeiro uma anaacutelise do ruiacutedo ao longo de 12 minutos com os eleacutetrodos
multipino nas diferentes soluccedilotildees (um medido contra o outro) e a respetiva referecircncia de seguida
realizou-se um ensaio para mensurar a resistecircncia agrave passagem de corrente com os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees e a respetiva referecircncia
Assim sendo a Figura 18 revela a impedacircncia dos eleacutetrodos nas diferentes soluccedilotildees testadas
Nesta pode-se observar que a soluccedilatildeo 1 apresenta niacuteveis de impedacircncia ligeiramente mais baixos que
as restantes soluccedilotildees Contudo os seus niacuteveis encontram-se uma deacutecada acima dos valores obtidos
pelo eleacutetrodo e AgAgCl utilizado comercialmente com o respetivo gel hidratante Observa-se ainda
que os desvios padratildeo satildeo tatildeo baixos que quase natildeo satildeo percetiacuteveis o que significa que os ensaios satildeo
bastante reprodutiacuteveis Eacute tambeacutem importante notar que ao longo de todas as frequecircncias testadas
os valores de impedacircncia aleacutem de se encontrarem todos abaixo dos valores maacuteximos permitidos (20-
40 k) [35] encontram-se ainda abaixo dos 5 k referidos como valores de impedacircncia ideal por vaacuterios
fornecedores [40][41] o que eacute de extrema relevacircncia nos passos subsequentes de aquisiccedilatildeo do sinal
uma vez que eacute indispensaacutevel ter baixos niacuteveis de impedacircncia para conseguir captar ondas cerebrais
32
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Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Foram ainda feitas mediccedilotildees de ruiacutedo nas mesmas condiccedilotildees Realizando-se de seguida uma
anaacutelise no domiacutenio temporal e outra no domiacutenio das frequecircncias Para isso como foi referido no
capitulo 35 recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software Matlab A primeira anaacutelise eacute feita no domiacutenio
temporal (Figura 19 (a)) sob a forma de um graacutefico da tensatildeo meacutedia (RMS) em funccedilatildeo do tempo que
eacute obtida apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa-alto de modo a retirar a componente DC do sinal e assim
obter um sinal de ruiacutedo para altas frequecircncias que seraacute representado em periacuteodos de 30 segundos
Deste modo eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees da quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo de
estabilizaccedilatildeo do eleacutetrodo O que se observa eacute que os niacuteveis de ruiacutedo ao longo do tempo variam entre
185 microV ateacute 2 microV o que equivale a uma variaccedilatildeo maacutexima de 015 microV tanto para os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees como para o eleacutetrodo de AgAgCl no respetivo gel hidratante Observa-se
ainda que aleacutem das pequenas variaccedilotildees ao longo do tempo o desvio padratildeo para todas as soluccedilotildees eacute
muito semelhante sugerindo que natildeo haacute diferenccedilas significativas a niacutevel das soluccedilotildees implementadas
Eacute ainda de salientar que natildeo se observa nenhuma evoluccedilatildeo de ruiacutedo ao longo do tempo o que sugere
uma estabilizaccedilatildeo do sistema muito raacutepida A segunda anaacutelise no domiacutenio temporal corresponde ao
declive meacutedio (Figura 19 (b)) foi realizada recorrendo agrave primeira derivada do sinal em DC obtido a
cada 30 segundos Deste graacutefico eacute possiacutevel retirar informaccedilatildeo referente agrave deriva do potencial e ao
tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema Assim recorrendo agrave sua visualizaccedilatildeo observa-se que a
estabilizaccedilatildeo eacute feita de forma semelhante para todas as soluccedilotildees Contudo a soluccedilatildeo 3 apresenta
menos variaccedilotildees ao longo do tempo valores mais proacuteximos de zero e maior reprodutibilidade entre
ensaios Finalmente o teste de controlo efetuado com os eleacutetrodos comerciais de AgAgCl no gel
aparentam ser ligeiramente menos estaacuteveis contudo os valores se encontram na mesma gama de
tensotildees
33
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Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Para concluir realizou-se uma anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias para isso recorreu-se ao
graacutefico da densidade espectral de tensatildeo (Figura 20) Nele observa-se que os resultados do ruiacutedo do
sinal aumentam com a diminuiccedilatildeo das frequecircncias numa proporccedilatildeo 119903119906iacute119889119900 ~ 1 119891119903119890119902119906ecirc119899119888119894119886frasl
confirmando os estudos feitos por E Huigen em 2002 [20] No entanto estes tendem a estabilizar a
partir dos 10 Hz em valores proacuteximos dos -238 dB Eacute de referir que a para frequecircncias elevadas o
sinal de ruiacutedo eacute determinado pelo ruiacutedo do amplificador e natildeo pelo ruiacutedo da interface metal-eletroacutelito
uma vez que este eacute significativamente menor do que o ruiacutedo do amplificador impedindo assim a sua
mediccedilatildeo mesmo com equipamentos de baixo ruiacutedo [20]
34
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Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
35
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a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
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Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
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Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
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Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
39
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Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
40
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
41
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Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
42
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Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
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Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
45
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Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
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Anexos
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Lista de tabelas
Tabela 1 Classificaccedilatildeo convencional dos sinais de EEG tendo em conta a gama de frequecircncias em que se encontram com indicaccedilatildeo das situaccedilotildees tiacutepicas de ocorrecircncia [6] 2
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas 23
xv
Abreviaturas e Siacutembolos
Acroacutenimos
EEG Eletroencefalograma
NMF Natural moisturizer factor
PC Policarbonato
PCA Aacutecido carboxiacutelico da pirrolidona
PVC Policloreto de polivinilo
RMS Root mean square (Erro quadraacutetico meacutedio)
SNR ou SN Signal-to-noise ratio (Relaccedilatildeo sinal-ruiacutedo)
EIS Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica
ICM Interface ceacuterebro-maacutequina
Lista de siacutembolos
Ohm
1
Capiacutetulo 1 Introduccedilatildeo
Introduccedilatildeo
O eletroencefalograma (EEG) eacute o registo graacutefico dos potenciais eleacutetricos desenvolvidos no ceacuterebro
que eacute utilizado para o seu estudo Isto eacute feito atraveacutes de eleacutetrodos aplicados no couro cabeludo
diretamente na superfiacutecie encefaacutelica ou ateacute mesmo dentro da substacircncia encefaacutelica [1] O
procedimento foi descrito pela primeira vez pelo fisiologista alematildeo Emil du Bois-Reymond que
descobriu que a propagaccedilatildeo do estiacutemulo nervoso nos neuroacutenios resultava no surgimento de uma
corrente eleacutetrica Contudo soacute comeccedilou a ser usado em 1929 apoacutes Hans Berger (psiquiatra alematildeo)
ter conseguido obter a primeira imagem graacutefica das diferenccedilas de potencial presentes no ceacuterebro
[1][2] A combinaccedilatildeo dos diferentes sinais eacute captada pelos eleacutetrodos sob a forma de uma diferenccedila
de potencial entre cada par de eleacutetrodos (configuraccedilatildeo bipolar) ou entre cada eleacutetrodo e uma
referecircncia (configuraccedilatildeo monopolar) O princiacutepio baacutesico de obtenccedilatildeo dos traccedilados
eletroencefalograacuteficos (EEG) eacute a amplificaccedilatildeo dos sinais eleacutetricos atraveacutes da utilizaccedilatildeo de
amplificadores operacionais de instrumentaccedilatildeo [1][3][4] Estes dispositivos satildeo capazes de amplificar
pequenas diferenccedilas de potencial entre dois pontos do couro cabeludo gerando de seguida na forma
claacutessica por meio de um dispositivo chamado galvanoacutemetro de fio com registador e na forma atual
por meio de digitalizaccedilatildeo e impressatildeo um traccedilado graacutefico com diferentes formas de onda que podem
ser interpretados por especialistas na aacuterea [1][3]
Natildeo se sabe ainda interpretar completamente o significado das ondas do eletroencefalograma
mas sabe-se que estas satildeo geradas pela atividade sinaacuteptica dos neuroacutenios do coacutertex cerebral e pelas
informaccedilotildees neuro-eleacutetricas provenientes dos sistemas sensoriais Os traccedilados resultantes deste
exame quando o individuo se encontra acordado satildeo essencialmente dessincronizados isto eacute
compostos por ondas de tensotildees reduzidas e frequecircncias relativamente altas (ritmos alfa e beta)
Contudo quando o individuo se encontra a dormir e uma vez que nessa situaccedilatildeo o taacutelamo natildeo deixa
passar tatildeo facilmente a informaccedilatildeo que recebe os traccedilados dos potenciais sinaacutepticos do coacutertex
tornam-se menores menos variados e mais sincronizados [5] As ondas deste tipo podem ser descritas
atraveacutes da sua gama de frequecircncias ou de comprimentos de onda e periacuteodos associados e das
amplitudes sendo estas natildeo superiores aos 150 μV e a gama de frequecircncias encontrando-se entre os
05 e 60 Hz num EEG normal sendo portanto estes paracircmetros de grande importacircncia e a ter em
conta na anaacutelise destas ondas [6] Por convenccedilatildeo os sinais satildeo classificados em quatro bandas de
frequecircncia conforme ilustrado na Tabela 1
2
2
Tabela 1 Classificaccedilatildeo convencional dos sinais de EEG tendo em conta a gama de frequecircncias em
que se encontram com indicaccedilatildeo das situaccedilotildees tiacutepicas de ocorrecircncia [6]
ONDA FREQUEcircNCIA OCORREM DURANTE
Delta lt35 Hz Momentos do sono profundo
Theta 4-7 Hz Meditaccedilatildeo e relaxamento profundo
Alfa 8-13 Hz Estados mentais relaxados e no
sono
Beta gt13 Hz Estado normal de vigila
As designadas mediccedilotildees eletroencefalograacuteficas tecircm sido amplamente desenvolvidas e exploradas
por vaacuterios motivos que incluem a sua elevada resoluccedilatildeo temporal (na ordem dos milissegundos) e a
sua sensibilidade tanto agrave duraccedilatildeo como agrave intensidade da atividade neural resultado da sincronizaccedilatildeo
da atividade dos neuroacutenios Eacute tambeacutem uma teacutecnica muito atrativa uma vez que representa um
baixiacutessimo risco para os pacientes por ser um meacutetodo geralmente natildeo invasivo A teacutecnica EEG tem a
grande vantagem de possuir uma excelente resoluccedilatildeo temporal dos sinais Contudo sua principal
limitaccedilatildeo passa pela resoluccedilatildeo espacial uma vez que a propagaccedilatildeo da atividade eleacutetrica ao longo das
vias fisioloacutegicas e do cracircnio pode dar uma impressatildeo errada da localizaccedilatildeo da fonte da atividade
eleacutetrica resultando numa insuficiecircncia de detalhes espaciais para identificar as estruturas e funccedilotildees
relacionadas com a atividade eleacutetrica Todavia embora o sinal eleacutetrico tenha de ser transmitido
atraveacutes dos tecidos e isto provoca uma reduccedilatildeo da intensidade do sinal e pequenas distorccedilotildees assume-
se que esta atividade eacute a mesma tanto na superfiacutecie do coacutertex (local onde as ondas emergem) como
no escalpe (local onde as ondas satildeo coletadas) [5][7]
Na literatura aparecem relatos do uso de vaacuterios tipos de EEG para avaliar grupos de pacientes com
diferentes doenccedilas tais como tumores enxaquecas depressotildees e esquizofrenia no entanto na
clinica o EEG eacute sobretudo utilizado para diagnosticar doenccedilas vasculares cerebrais demecircncias e
encefalopatias [7][8][9] Todavia as aplicaccedilotildees hoje em dia para este tipo de sinais e seus sistemas
de eleacutetrodos satildeo inuacutemeras podendo-se destacar as interfaces ceacuterebro-maacutequina como uma das
principais Este tipo de interfaces procura atraveacutes das ondas produzidas no foro cerebral controlar
equipamentos sejam estes cliacutenicos ou natildeo Eacute possiacutevel detetar padrotildees de ativaccedilatildeo gerados pelo
ceacuterebro atraveacutes da colocaccedilatildeo de eleacutetrodos e anaacutelise dos sinais eletroencefalograacuteficos recolhidos tanto
no exterior como no interior da superfiacutecie encefaacutelica Os sinais captados indicam a atividade cerebral
do utilizador que apoacutes deteccedilatildeo e classificaccedilatildeo satildeo traduzidos para uma saiacuteda como por exemplo
o movimento de um cursor de um computador associado ao rato ou de qualquer dispositivo artificial
externo Os sinais de EEG natildeo-invasivos satildeo utilizados em aplicaccedilotildees de Interface ceacuterebro maacutequina
(ICM1) pois estes oferecem um niacutevel de qualidade de sinal aceitaacutevel que combina custos reduzidos e
facilidade de utilizaccedilatildeo[10]
Com o surgimento de outros meacutetodos de diagnoacutestico a utilizaccedilatildeo da eletroencefalografia entrou
em decaimento no entanto a associaccedilatildeo desta teacutecnica com o domiacutenio informaacutetico os seus baixos
1 ldquoA Interface ceacuterebro-maacutequina eacute um sistema que permite a interaccedilatildeo entre o utilizador e o meio que o cerca utilizando sinais de controlo gerados por meio da atividade cerebral O aprimoramento das pesquisas em ICM estaacute relacionado principalmente com os avanccedilos da neurofisiologia e computaccedilatildeo As pesquisas iniciais
dedicaram-se ao desenvolvimento de dispositivos de comunicaccedilatildeo de pessoas que perderam o controlo muscular voluntaacuterio (hellip)rdquo Mussatto Greice em [10] Atualmente satildeo frequentemente direcionados para auxiliar aumentar ou reparar a cogniccedilatildeo humana ou as funccedilotildees sensoriais e motoras
3
3
custos (quando comparados com as outras teacutecnicas) a facilidade na realizaccedilatildeo dos exames o pequeno
espaccedilo ocupado pelos equipamentos e a sua natureza inoacutecua vieram a dar-lhe um novo impulso
conquistando um lugar proeminente no diagnoacutestico de vaacuterias patologias cerebrais [11][12] Isso tornou
possiacutevel inclusive o mapeamento cerebral em escala de cores (a gradaccedilatildeo das cores relaciona-se
com a amplitude dos potenciais) muito popular atualmente As teacutecnicas para a obtenccedilatildeo e registo
foram por isso aprimoradas nos uacuteltimos anos evoluindo do registo em papel com um nuacutemero reduzido
de canais ao registo contiacutenuo em equipamentos de ateacute 256 canais acoplado ao registo de viacutedeo digital
atraveacutes de equipamentos dotados com sistemas wireless peccedilas de hardwares e softwares sofisticadas
para armazenamento de dados e complementar a anaacutelise visual atraveacutes da anaacutelise computacional
Contudo embora os avanccedilos informaacuteticos tenham sido importantes para o desenvolvimento desta
teacutecnica a questatildeo do eleacutetrodo a utilizar nas mediccedilotildees eacute essencial uma vez que os bioeleacutetrodos de
superfiacutecie satildeo responsaacuteveis pela captaccedilatildeo dos sinais na interface entre a pele e o equipamento de
aquisiccedilatildeo e registo sendo tambeacutem considerados o elo mais fraco na cadeia de aquisiccedilatildeo de sinal
(constituindo a maior fonte de ruiacutedo e de instabilidade) [12]
Existe uma vasta gama de eleacutetrodos disponiacuteveis incluindo eleacutetrodos de superfiacutecie descartaacuteveis ou
reutilizaacuteveis e eleacutetrodos profundos[13] Dentro dos eleacutetrodos profundos (intracranianos) mais
utilizados encontram-se os eleacutetrodos intracerebrais e os subdurais Eacute importante referir a existecircncia
destes eleacutetrodos contudo os eleacutetrodos abordados neste relatoacuterio satildeo os eleacutetrodos de superfiacutecie ou
seja aqueles que satildeo colocados sobre o escalpe Existem vaacuterias alternativas para a sua classificaccedilatildeo
todavia aqui seratildeo abordadas aquelas que se relacionam com a presenccedila ou ausecircncia de produtos
hidratantes utilizando o termo ldquoeleacutetrodos huacutemidosrdquo para aqueles que necessitam de uma soluccedilatildeo
hidratantegel e ldquoeleacutetrodos secosrdquo para aqueles que natildeo a exigem
Os principais tipos de eleacutetrodos utilizados na cliacutenica atualmente para a recolha de sinais
eletroencefalograacuteficos satildeo os eleacutetrodos de prata ouro e estanho Um eleacutetrodo do tipo Prata-Cloreto
de Prata (AgAgCl) (Figura 1) eacute um tipo de eleacutetrodo considerado como tendo caracteriacutesticas desejaacuteveis
de qualidade e estabilidade que o tornam em geral um eleacutetrodo de referecircncia no estado da arte
sendo vulgarmente utilizado em mediccedilotildees eletroquiacutemicas [14] Os fenoacutemenos que ocorrem quando
um eleacutetrodo metaacutelico entra em contacto com um eletroacutelito estatildeo na base da captaccedilatildeo dos sinais que
se pretende realizar Ocorre uma troca ioacutenica como resultado de uma reaccedilatildeo eletroquiacutemica associada
ao contacto Existindo uma tendecircncia para que os aacutetomos do metal percam eletrotildees e estes passem
para o eletroacutelito (oxidaccedilatildeo) fazendo assim com que o eleacutetrodo fique carregado negativamente no
que diz respeito ao eletroacutelito Contudo natildeo se trata de um processo estaacutetico e por conseguinte ocorre
igualmente a reaccedilatildeo contraacuteria ateacute se estabelecer o equiliacutebrio (reduccedilatildeo) [14] Este processo eacute descrito
pela Equaccedilatildeo de Nernst atraveacutes da qual eacute possiacutevel obter a constante de equiliacutebrio de uma
determinada reaccedilatildeo que envolva transferecircncia de eletrotildees Deste modo para uma reaccedilatildeo de
oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo (redox) temos
minus119899 119865119864 = minus119899 1198651198640 + 119877119879 119897119899 119876 hArr 119864 = 1198640 minus119877119879
119899119865119897119899 119876
( 1 )
Verifica-se que no ponto de equiliacutebrio o valor de Q pode ser descrito como K (contante de
equiliacutebrio da reaccedilatildeo) e considerando a constante universal dos gases perfeitos (R = 831 J K-1 mol-1 )
a carga eleacutetrica de uma mole de eletrotildees (F = 96485 Cmiddotmol-1) e que o ensaio decorre agrave temperatura
ambiente (T = 2982 K (25 degC)) obteacutem-se
E=E0-00257
nlnQ hArr 0=E0-
00257
nlnK hArr E0=
00257
nlnK hArr lnK=
n ∙ E0
00257
( 2 )
4
4
Onde Eordm se obteacutem a partir dos potenciais normais dos eleacutetrodos n eacute o nuacutemero de moles de eletrotildees
transferidos e Q eacute o quociente entre os produtos das atividades de produtos e reagentes na reaccedilatildeo
No caso da pele humana existem pequenas quantidades de NaCl (01-04) desta forma o aniatildeo
cloreto presente iraacute reagir com a prata do eleacutetrodo dando origem a uma diferenccedila de potencial
relacionado com a concentraccedilatildeo de cloreto [3] Portanto as trocas ioacutenicas que ocorrem na pele na
presenccedila deste eleacutetrodo satildeo representadas na ( 3
119860119892 + 119862119897minus 119860119892119862119897 + 119890minus ( 3 )
Este tipo de eleacutetrodos satildeo os mais utilizados hoje em dia na clinica
e satildeo fabricados como o nome o indica em prata agrave qual eacute aplicado um
revestimento de cloreto de prata Trata-se de um metal bem tolerado
pelo organismo humano que permite a obtenccedilatildeo de bons resultados
uma vez que aleacutem disso estes apresentam niacuteveis de ruido reduzidos e
natildeo satildeo facilmente polarizaacuteveis [3] no entanto a sua utilizaccedilatildeo exige
uma preparaccedilatildeo preacutevia da pele e a aplicaccedilatildeo de uma pasta condutora
(gel) que por vezes eacute desconfortaacutevel para o paciente sendo suscetiacutevel
de causar alergias e tornando o processo mais demorado uma vez que
a preparaccedilatildeolimpeza dos eleacutetrodos requer alguns cuidados e deve ser executada por um teacutecnico
Surgiu entatildeo a motivaccedilatildeo para criar novos eleacutetrodos secos que ultrapassassem estas dificuldades
dispensando a utilizaccedilatildeo do gel e a preparaccedilatildeo da pele todavia uma vez que o contacto liacutequido estaacute
ausente a impedacircncia interfacial eacute consideravelmente mais elevada (1 M contra 10-20 k)
refletindo-se numa maior sensibilidade ao movimento e de maneira geral na presenccedila de um maior
niacutevel de ruiacutedo o que exige preacute-amplificaccedilatildeo integrada Os custos associados agrave produccedilatildeo deste tipo de
eleacutetrodo satildeo tambeacutem mais elevados do que no caso dos eleacutetrodos convencionais
De modo a resolver estes problemas foi desenvolvido um novo
tipo de bioeleacutetrodo (Figura 2) [15] o qual tem a capacidade de
manter huacutemido o ponto de contacto com a pele evitando contudo
a utilizaccedilatildeo de pastas condutoras Este efeito foi conseguido usando
o princiacutepio da caneta de feltro o contacto com o escalpe eacute efetuado
a partir de vaacuterios pinos fabricados a partir de um poliacutemero poroso
acoplado a um pequeno reservatoacuterio com uma soluccedilatildeo hidratante os
pinos forneceratildeo entatildeo de forma controlada pelos efeitos
combinados da capilaridade e gravidade a soluccedilatildeo hidratante ao
ponto de contacto com o escalpe A sua forma oferece tambeacutem
muacuteltiplos pontos de contacto de modo a minimizar o ruiacutedo e obter
melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
O desenvolvimento destes eleacutetrodos compreenderaacute varias fases a primeira fase a implementar
seraacute a fabricaccedilatildeo da superfiacutecie porosa atraveacutes da compressatildeo de poacutes de policarbonato (PC) de seguida
seraacute feita a montagem dos diferentes componentes do eleacutetrodo nomeadamente a esponja o frio de
prata e o tubo de policloreto de polivinilo (PVC) que funcionaraacute como reservatoacuterio Finalmente seratildeo
preparadas e testadas vaacuterias soluccedilotildees com os mesmos componentes em diferentes concentraccedilotildees de
modo a concluir qual soluccedilatildeo fornece uma melhor hidrataccedilatildeo da pele otimizando assim os resultados
Figura 1 Eleacutetrodo de superfiacutecie comercial (Eleacutetrodo de controlo)
Figura 2 Corte transversal do bioeleacutetrodo de superfiacutecie em estudo com reservatoacuterio
para a soluccedilatildeo hidratante
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5
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7
Capiacutetulo 2 Enquadramento teoacuterico
Enquadramento teoacuterico
A EEG eacute um registo associado a uma teacutecnica cliacutenica que se baseia na aquisiccedilatildeo dos sinais produzidos
no coacutertex cerebral A obtenccedilatildeo dos mesmos eacute possiacutevel uma vez que aiacute existem ceacutelulas excitaacuteveis
capazes de conduzir os impulsos nervosos os neuroacutenios Estes impulsos geram correntes eleacutetricas
atraveacutes do corpo da ceacutelula ateacute uma zona chamada zona de disparo Neste local as correntes dirigem-
se ao espaccedilo extracelular provocando uma diferenccedila de potencial que desencadearaacute um novo estiacutemulo
na proacutexima ceacutelula e que contribuiraacute para a produccedilatildeo dos referidos sinais
21 Sistema nervoso
O sistema nervoso eacute responsaacutevel pela maioria das funccedilotildees de controlo no organismo coordenando
e regulando as atividades corporais Isto eacute feito atraveacutes da interpretaccedilatildeo e resposta a estiacutemulos Este
sistema eacute convencionalmente dividido em duas categorias o sistema nervoso central (SNC) que se
verifica tratar do desenvolvimento das respostas aos estiacutemulos e o sistema nervoso perifeacuterico (SNP)
o responsaacutevel pela conduccedilatildeo do estiacutemulo nervoso No caso do SNC podem distinguir-se vaacuterios oacutergatildeos
o enceacutefalo (constituiacutedo pelo ceacuterebro cerebelo e tronco encefaacutelico) e a espinal medula Jaacute no caso do
SNP esta divisatildeo eacute feita atraveacutes da distinccedilatildeo entre nervos cranianos ou espinhais [16] Os nervos satildeo
essencialmente um conjunto de axoacutenios e dendrites de vaacuterios neuroacutenios
Os neurocircnios que datildeo origem aos nervos satildeo ceacutelulas com capacidade excitatoacuteria capazes de
transmitir sinais nervosos Contudo as ceacutelulas da glia tambeacutem presentes no sistema nervoso
sobretudo nos nervos satildeo as principais responsaacuteveis pela propagaccedilatildeo orientada do estiacutemulo uma vez
que ao recobrirem o axoacutenio criam circuitos neuronais independentes [16]
Os axoacutenios transmitem pulsos eleacutetricos devido agrave presenccedila de canais ioacutenicos que abrem e fecham
de modo a controlar as concentraccedilotildees dos diferentes iotildees nos meios interno e externo da ceacutelula
8
8
211 Propagaccedilatildeo do sinal
Um impulso nervoso origina a transmissatildeo de um sinal codificado ao longo da membrana do
neuroacutenio Para compreender esta transmissatildeo dentro do proacuteprio neuroacutenio eacute necessaacuterio conhecer o
conceito de potenciais de repouso e de accedilatildeo
N as fases em que se verifica existir potenciais de repouso os iotildees de soacutedio entram para a ceacutelula
atraveacutes de transporte passivo uma vez que a concentraccedilatildeo destes eacute menor no interior da ceacutelula (a
favor do gradiente de concentraccedilatildeo) Posteriormente daacute-se a sua expulsatildeo de forma ativa ao mesmo
tempo que entram iotildees de potaacutessio ativamente Finalmente os iotildees de potaacutessio voltam passivamente
ao exterior da membrana outorgando agrave ceacutelula uma carga positiva Diz-se entatildeo que esta se encontra
polarizada Nas ceacutelulas nervosas o potencial de membrana ronda os -90mV [6]
Os potenciais de accedilatildeo satildeo os responsaacuteveis pela propagaccedilatildeo do estiacutemulo nervoso contudo a sua
duraccedilatildeo natildeo ultrapassa alguns milissegundos (ver a Figura 3) Esta propagaccedilatildeo ocorre quando o
potencial de membrana que se encontra nos -90mV passa a ocupar valores de -50 a -70mV devido a
uma perturbaccedilatildeo externa de modo a responder a esta situaccedilatildeo ocorre a passagem por difusatildeo dos
iotildees de soacutedio para o interior da ceacutelula resultando na alteraccedilatildeo dos potenciais ateacute entatildeo negativos
para valores que podem chegar a +35mV De seguida a ceacutelula expulsa ativamente o soacutedio alterando
assim o potencial para aproximadamente -95mV Daacute-se entatildeo a repolarizaccedilatildeo atraveacutes da bomba de
Na+K+ ou seja a ceacutelula volta agraves condiccedilotildees iniciais [6]
Apoacutes um sinal ser transportando atraveacutes de um neuroacutenio eacute necessaacuterio que este seja comunicado
ao neuroacutenio seguinte de modo a manter a transmissatildeo do impulso Esta transferecircncia daacute-se em locais
especiacuteficos e pode ser feita eletricamente (atraveacutes de iotildees) ou quimicamente (atraveacutes de uma fenda
sinaacuteptica onde um neurotransmissor eacute libertado e se liga a recetores especiacuteficos do neuroacutenio poacutes-
sinaacuteptico) [6][16]
Figura 3 Representaccedilatildeo do fluxo ioacutenico durante o potencial de accedilatildeo (Adaptado de [16])
9
9
22 Aquisiccedilatildeo do sinal
Eacute impossiacutevel medir a atividade eleacutetrica gerada por um uacutenico neuroacutenio contudo a aquisiccedilatildeo do
sinal electroencefalograacutefico soacute eacute possiacutevel graccedilas agrave emissatildeo parcialmente sincronizada do impulso
nervoso numa parte significativa do coacutertex cerebral Deste modo o EEG reflete o somatoacuterio da
atividade siacutencrona de milhares de neuroacutenios com uma orientaccedilatildeo espacial semelhante assessorando
assim a aquisiccedilatildeo de um sinal reprodutiacutevel e mensuraacutevel que possibilita uma interpretaccedilatildeo fidedigna
[16]
Esta teacutecnica permite o registo da atividade eleacutetrica do ceacuterebro Eacute um procedimento raacutepido
simples e indolor no qual os impulsos eleacutetricos do ceacuterebro satildeo amplificados e registrados em papel
atraveacutes de um galvanoacutemetro ou em formato digital O seu interesse prende-se natildeo soacute com os baixos
custos da teacutecnica como tambeacutem com a obtenccedilatildeo em tempo real destes sinais de modo a conseguir
diagnosticar eventuais anomalias
A EEG quando comparada com outras teacutecnicas como por exemplo o eletrocardiograma (ECG)
apresenta uma maior dificuldade na obtenccedilatildeo dos dados uma vez que a tensatildeo a captar eacute de muito
menor amplitude os sinais por vezes encontram-se na regiatildeo do ruiacutedo eleacutetrico e aleacutem disso os
amplificadores comuns natildeo fornecem uma banda de funcionamento que consiga amplificar o sinal de
forma eficaz o que exige a utilizaccedilatildeo de amplificadores especialmente desenhados [6] Contudo
estas limitaccedilotildees natildeo impediram o avanccedilo desta tecnologia Ao longo do tempo as teacutecnicas de obtenccedilatildeo
dos dados foram-se aprimorando tendo chegado na fase de maturidade agrave arquitetura ilustrada na
Figura 4 em que a saiacuteda eacute representada em papel desenhada por canetas conduzidas por mecanismos
controlados por galvanoacutemetros Hoje em dia os sistemas evoluiacuteram sobretudo na parte final atraveacutes
da digitalizaccedilatildeo dos sinais filtrados e seu armazenamento num dispositivo digital Desta forma torna-
se muito mais flexiacutevel a fase de visualizaccedilatildeo dos sinais que eacute feita em monitores graacuteficos de
computador bem como a fase de armazenamento e arquivo e criaccedilatildeo de fichas de exame A
digitalizaccedilatildeo permite o processamento digital dos sinais a fim principalmente de os caracterizar do
ponto de vista morfoloacutegico e assim contribuir para a classificaccedilatildeo do ponto de vista cliacutenico
Figura 4 Diagrama de blocos representativo de um sistema para aquisiccedilatildeo de sinais
eletroencefalograacuteficos
A EEG eacute realizada atraveacutes da colocaccedilatildeo de eleacutetrodos no couro cabeludo obedecendo o
posicionamento dos mesmos a regras especiacuteficas pois a sua localizaccedilatildeo influencia os sinais captados
10
10
De modo a facilitar a comparaccedilatildeo dos resultados eacute habitualmente utilizado um sistema se
colocaccedilatildeo padratildeo chamado 10-20 (Figura 5) Segundo este padratildeo os locais onde os eleacutetrodos satildeo
colocados satildeo denominados por letras de acordo com as aacutereas cerebrais adjacentes seguidas de um
nuacutemero impar se o eleacutetrodo se encontrar no lado esquerdo da cabeccedila ou par se for no lado direito
[6]
Apoacutes a obtenccedilatildeo do sinal contiacutenuo de EEG eacute
possiacutevel distinguir vaacuterios tipos de ondas de acordo
com a sua amplitude e frequecircncia A amplitude das
ondas pode ir ateacute aos 200 μV e a frequecircncia ateacute 30Hz
A Figura 6 representa os diferentes tipos de ondas
As ondas delta satildeo ondas da mais baixa frequecircncia
e amplitudes elevadas que ocorrem em momentos do
sono profundo por outro lado as ondas teta
encontram-se na gama de frequecircncias de 4-7 Hz
contudo
continuam a apresentar grandes amplitudes e ocorrem
em estaacutegios de meditaccedilatildeo e relaxamento profundo as
ondas alfa apresentam por sua vez amplitudes meacutedias
e frequecircncias compreendidas entre os 8 e os 13 Hz
correspondendo a estados mentais relaxados no sono
Finalmente as ondas beta satildeo as de mais elevada
frequecircncia (gt13 Hz) com amplitudes de cerca de 10 μV
e ocorrem quando existe um estimulo visual ou no estado
normal de vigiacutelia [6]
221 Eleacutetrodos
Os eleacutetrodos constituem a interface entre o escalpe e o equipamento de mediccedilatildeo No caso de um
eleacutetrodo huacutemido quando a parte metaacutelica entra em contacto com o eletroacutelito tem lugar um processo
de oxidaccedilatildeoreduccedilatildeo de iotildeesaacutetomos que daacute lugar ao aparecimento de um potencial caracteriacutestico
As propriedades fiacutesico-quiacutemicas tanto do eleacutetrodo como do eletroacutelito afetam o valor do potencial
Quando eleacutetrodos idecircnticos satildeo submersos num eletroacutelito homogeacuteneo ambos assumem o mesmo
potencial com respeito ao eletroacutelito Contudo eleacutetrodos diferentes colocados nas mesmas condiccedilotildees
apresentam potenciais diferentes [6] Deste modo eacute sensato concluir que a amplitude do potencial
depende do material de que o eleacutetrodo eacute feito Por esse motivo os eleacutetrodos utilizados na cliacutenica satildeo
comumente produzidos com prata e cloreto de prata uma vez apresentam uma resistecircncia agrave passagem
Figura 5 Sistema internacional 10-20 para
a colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos em EEG
(Adaptado de [17])
Figura 6 Representaccedilatildeo das ondas eletroencefalograacuteficas registadas durante um
exame de EEG [5]
11
11
de corrente natildeo elevada e os seus niacuteveis de impedacircncia satildeo estaacuteveis ao longo de uma ampla gama de
frequecircncias
Contudo o material natildeo eacute o uacutenico paracircmetro que varia para escolher um eleacutetrodo Dependendo
das necessidades existem tambeacutem variedades morfoloacutegicas como os eleacutetrodos invasivos e os natildeo-
invasivos
2211 Eleacutetrodos invasivos
Dentro dos eleacutetrodos invasivos (intracranianos) os mais utilizados satildeo os eleacutetrodos profundos
intracerebrais e os subdurais [13] Os primeiros consistem em eleacutetrodos em forma de agulha feitos
de material flexiacutevel com muacuteltiplos pontos de contacto para registo Satildeo ideais para o registo de
atividade em aacutereas distantes da superfiacutecie Proporcionam ainda um registo preciso da regiatildeo
volumeacutetrica adjacente a cada ponto de registo no entanto a extensatildeo da dita aacuterea eacute limitada [18]
Portanto o uso deste tipo de eleacutetrodos eacute ideal apoacutes os resultados dos exames natildeo-invasivos sugerirem
um ldquoalvordquo provaacutevel Os eleacutetrodos subdurais que podem ser do tipo placa ou tira de silicone com
muacuteltiplos contatos de registo satildeo ideais para o registo de aacutereas extensas do coacutertex [14] Contudo os
eleacutetrodos subdurais podem natildeo registar adequadamente alteraccedilotildees localizadas em profundidade
Este tipo de eleacutetrodos deve apresentar dimensotildees reduzidas de modo a que o dano provocado no
tecido cerebral seja miacutenimo Devem tambeacutem apresentar locais de aplicaccedilatildeo suficientes para recolher
potenciais de muitos neuroacutenios simultaneamente No entanto devido agrave sua natureza altamente
invasiva soacute satildeo usados em casos especiais em que o seu uso pode trazer grandes benefiacutecios para o
paciente
2212 Eleacutetrodos natildeo invasivos
O foco deste estudo centra-se nos eleacutetrodos natildeo invasivos eleacutetrodos colocados na superfiacutecie do
escalpe O contacto entre o eleacutetrodo e a pele eacute facilitado (impedacircncia reduzida) pela utilizaccedilatildeo de
gel e se for esse o caso estaacute-se perante o caso dos eleacutetrodos huacutemidos Contudo a aplicaccedilatildeo deste
gel requer uma preparaccedilatildeo preacutevia da pele que por vezes pode ser demorada suscetiacutevel de
desencadear reaccedilotildees aleacutergicas e desconfortaacutevel para o paciente [3] Surgiu entatildeo a alternativa dos
eleacutetrodos secos eleacutetrodos capazes de aquirir sinais que dispensam a utilizaccedilatildeo de soluccedilotildees todavia
como resultado da ausecircncia do gel ou pasta condutora a impedacircncia interfacial eacute muito mais elevada
tornando indispensaacutevel a integraccedilatildeo de um andar de preacute-amplificaccedilatildeo no eleacutetrodo
Procurando contornar as dificuldades de cada teacutecnica optou-se pelo desenvolvimento de um
bioeleacutetrodo inovador que dispensa a utilizaccedilatildeo de gel mas que apesar disso manteacutem um bom contacto
com a pele humidificando-a
Entre os materiais disponiacuteveis para a fabricaccedilatildeo de eleacutetrodos encontram-se o accedilo inoxidaacutevel o
ouro (Au) o oacutexido de iriacutedio (IrO2)) a prata (Ag) etc [14] tendo-se optado por utilizar um fio de
prata revestido com uma fina camada de cloreto de prata uma vez que os eleacutetrodos fabricados com
12
12
este material apresentam niacuteveis de ruiacutedo reduzidos grande estabilidade do potencial eleacutetrico na gama
de frequecircncias utilizada e uma impedacircncia interfacial baixa [14][19]
23 Interface do eleacutetrodo com a pele
A pele eacute um oacutergatildeo que cobre e protege o corpo e que se observa estar organizado em muacuteltiplas
camadas Eacute composta de trecircs camadas principais a epiderme a derme e a hipoderme cada uma
delas com carateriacutesticas estruturais especiacuteficas que levam a diferentes niacuteveis de condutividade
eleacutetrica e que podem ser representados atraveacutes de modelos baseados em componentes eleacutetricos
baacutesicos [14] Podemos entatildeo do ponto de vista eleacutetrico simular os tecidos bioloacutegicos a partir de um
circuito eleacutetrico formado por resistecircncias e condensadores dispostos em redes com seacuteries e paralelos
agindo estes como condutores ou dieleacutetricos nos quais o fluxo de corrente seguiraacute o caminho de
menor oposiccedilatildeo (Figura 7) Um exemplo ilustrativo desta situaccedilatildeo estaacute representado para o stratum
corneum a camada mais perifeacuterica da epiderme como este tecido eacute relativamente pouco condutor
apresenta uma elevada impedacircncia agrave transmissatildeo das correntes eleacutetricas [20] Assim devido agraves suas
propriedades dieleacutetricas a sua pequena espessura e o seu posicionamento entre o eleacutetrodo condutor
exterior e os tecidos subjacentes mais condutores eacute possiacutevel a sua representaccedilatildeo por meio de um
condensador de placas paralelas
Figura 7 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da interface com a pele e
o seu modelo de circuito eletroacutenico equivalente Adaptado de [14]
O valor da capacidade eleacutetrica da pele estaacute relacionado com a espessura e composiccedilatildeo da camada
coacuternea e tem um valor tiacutepico no intervalo 002-006 microFcm2 [14]
Por outro lado uma vez que alguns iotildees conseguem atravessar o stratum corneum atraveacutes dos
elementos da pele (foliacuteculos do cabelo suor canais das glacircndulas sebaacuteceas imperfeiccedilotildees da pele)
isso pode ser representado coletivamente por uma resistecircncia que seraacute colocada em paralelo com o
condensador Como as camadas subjacentes agrave epiderme satildeo relativamente condutoras representam-
se por uma resistecircncia em seacuterie adicional A presenccedila de uma elevada densidade de foliacuteculos pilosos
(que atuam como derivaccedilotildees de baixa resistecircncia) daacute origem a um valor muito baixo na resistecircncia da
13
13
pele No entanto esta observaccedilatildeo eacute contrabalanccedilada pela dificuldade em fazer contato mecacircnico e
eleacutetrico firme Em tais casos a impedacircncia da pele eacute muito elevada e por vezes eacute necessaacuterio recorrer
agrave remoccedilatildeo dos pelos antes de realizar o exame [14]
231 Hidrataccedilatildeo da pele
O processo de hidrataccedilatildeo da pele humana acontece por duas vias a interna e a externa [21] No
caso da via interna isto acontece quando os queratinoacutecitos migram atraveacutes da derme e sofrem
alteraccedilotildees significativas uma vez que paralelamente a esse processo satildeo libertados liacutepidos e o fator
de hidrataccedilatildeo natural da pele (NMF - Natural moisturizer factor) No caso dos liacutepidos estes formam
uma barreira para a perda de aacutegua e ajudam a reter a hidrataccedilatildeo natural da pele Jaacute no caso da
hidrataccedilatildeo por via externa esta acontece quando introduzimos na pele substacircncias cosmeacuteticas e
farmacecircuticas com capacidades de humedecer as camadas externas da pele para isso na produccedilatildeo
destas substacircncias satildeo utilizadas principalmente trecircs tipos de ingredientes (1) os humectantes que
Incluem a glicerina a ureia e o aacutecido carboxiacutelico da pirrolidona (PCA) que atuam atraindo a aacutegua das
camadas inferiores da derme e ajudando a manter essa aacutegua no estrato coacuterneo (2) os agentes oclusivos
que aumentam os niacuteveis de humidade proporcionando uma barreira fiacutesica para a perda de aacutegua (ceras
oacuteleos e silicones) (3) os emolientes que procuram restaurar os NMF [21]
2311 O gel para utilizaccedilatildeo com os eleacutetrodos
O gel utilizado nos eleacutetrodos serve para (1) assegurar um bom contacto eleacutetrico com a pele do
paciente (2) facilitar a transferecircncia de carga na interface eleacutetrodo-eletroacutelito e assim (3) diminuir
a impedacircncia do estrato coacuterneo [14]
Existem dois tipos de gel o gel huacutemido normalmente denominados como pasta creme ou
substacircncia gelatinosa e o hidrogel Os primeiros satildeo geralmente compostos por aacutegua um agente
espessante bactericidasfungicidas sais ioacutenicos e um surfatante O sal ioacutenico tem como finalidade
conferir condutividade eleacutetrica ao gel e diminuir a impedacircncia eleacutetrica da pele atraveacutes da sua difusatildeo
na mesma Normalmente os sais utilizados satildeo o cloreto de soacutedio (NaCl) ou de potaacutessio (KCl) uma vez
que a maior parte dos iotildees presentes na superfiacutecie da pele humana satildeo o cloreto o soacutedio e o potaacutessio
permitindo assim que elevadas concentraccedilotildees destes sais sejam melhor toleradas pelo corpo
[14][18][22] Por outro lado o hidrogel eacute um gel soacutelido que incorpora hidrocoloacuteides naturais no
entanto a utilizaccedilatildeo destes agentes naturais por vezes provoca desempenhos variaacuteveis e cores pouco
atrativas levando assim agrave utilizaccedilatildeo de hidrocoloacuteides artificiais de modo a eliminar variabilidades
indesejadas
O hidrogel tecircm tendecircncia a causar menos irritaccedilotildees na pele quando comparado com o gel huacutemido
porque o hidrogel limita-se a garantir um bom contato eleacutetrico entre a pele e o eleacutetrodo sem afetar
as propriedades do stratum corneum [14]
14
14
O hidrogel eacute eletricamente mais resistivo do que o gel no entanto esta desvantagem eacute
compensada tanto pela utilizaccedilatildeo de maiores aacutereas com hidrogel como tambeacutem pela diminuiccedilatildeo da
espessura da camada do mesmo Contudo isto natildeo eacute suficiente uma vez que o hidrogel natildeo eacute tatildeo
eficaz na hidrataccedilatildeo da pele (tem tendecircncia a absorver humidade) dando assim como resultado um
aumento na impedacircncia da pele [14]
24 Teacutecnicas de revestimento da prata com cloreto de prata
Finas camadas de um determinado metal depositado sobre um substrato desemprenham
muitas vezes uma funccedilatildeo essencial em muitos dispositivos como por exemplo nos circuitos integrados
No caso dos eleacutetrodos eacute necessaacuterio revestir os fios de prata com finas camadas de cloreto de prata
com o intuito de auxiliar a concretizaccedilatildeo das trocas ioacutenicas referidas no capiacutetulo 1 equaccedilatildeo (1) de
modo a ter-se uma transduccedilatildeo do sinal ioacutenico num sinal eleacutetrico de forma eficaz e reversiacutevel Estas
camadas devem apresentar caracteriacutesticas rigorosamente controladas A espessura a estrutura
atoacutemica e a composiccedilatildeo quiacutemica devem ser uniformes [14][18] Eacute tambeacutem importante que exista
pouca ou nenhuma contaminaccedilatildeo por outras partiacuteculas
As propriedades dos filmes satildeo altamente dependentes dos processos de deposiccedilatildeo Estes
devem ter boa aderecircncia e prover uma boa cobertura Deste modo para a preparaccedilatildeo da prata para
eleacutetrodos a teacutecnica a utilizar deve ser a deposiccedilatildeo eletroquiacutemica atraveacutes de um processo que envolve
a deposiccedilatildeo de um material soacutelido por meio de uma reaccedilatildeo quiacutemica com ou sem recurso a energia
externa Neste caso os substratos de prata satildeo submersos numa soluccedilatildeo contendo um agente oxidante
(por exemplo cloreto feacuterrico) produzindo assim uma fina camada de cloreto de prata ( ( 4)
Ag + + FCl3 FeCl2 + Ag ( 4 )
Em geral a deposiccedilatildeo por electroless plating de um metal envolve a deposiccedilatildeo de um
revestimento metaacutelico a partir dos seus iotildees presentes num banho aquoso sobre uma superfiacutecie atraveacutes
de uma reaccedilatildeo de reduccedilatildeo quiacutemica controlada que eacute ativada pelo metal que estaacute a ser depositado
(reduzido) [23] Os revestimentos obtidos atraveacutes da implementaccedilatildeo desta teacutecnica satildeo geralmente
uniformes duros com elevadas resistecircncias agrave corrosatildeo e ao desgaste e apresentam baixo coeficiente
de fricccedilatildeo [24][25]
Existe contudo uma enorme variedade de meacutetodos eletroquiacutemicos que permitem a
oxidaccedilatildeodeposiccedilatildeo de finas camadas de cloreto de prata tais como a deposiccedilatildeo assistida por plasma
ou por feixes de iotildees o sputtering a deposiccedilatildeo quiacutemica e a deposiccedilatildeo fiacutesica em fase de vapor etc
[25] Todavia a execuccedilatildeo destes processos envolve a utilizaccedilatildeo de equipamentos altamente
especializados em ambiente de vaacutecuo vaacuterias soluccedilotildees e um campo eleacutetrico de modo a possibilitar a
transformaccedilatildeo de energia quiacutemica em energia eleacutetrica e vice-versa Finalmente um meacutetodo tambeacutem
bastante usado eacute a sinterizaccedilatildeo de poacute de cloreto de prata sobre o substrato metaacutelico dando origem
a um revestimento espesso e poroso
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15
25 Novo conceito de eleacutetrodo
O desenvolvimento do novo tipo de bioeleacutetrodo busca
colmatar as lacunas presentes nos eleacutetrodos disponiacuteveis
comercialmente (dos tipos huacutemido e seco) Tentando manter as
melhores carateriacutesticas de cada tipo de eleacutetrodo Para isso eacute
necessaacuterio desenvolver o eleacutetrodo com materiais condutores que
possibilitem as trocas ioacutenicas e aleacutem disso tenha a capacidade
de manter huacutemido o ponto de contacto com a pele de forma a
diminuir a impedacircncia na interface mas sem usar pastas ou gel
que sujam a pele
A hidrataccedilatildeo da pele por via externa nos ensaios a
realizar eacute feita atraveacutes da aplicaccedilatildeo de diferentes soluccedilotildees
hidratantes que se encontram embebidas numa esponja num
reservatoacuterio existente no eleacutetrodo (Figura 8) Estas soluccedilotildees tecircm a capacidade de migrar atraveacutes do
eleacutetrodo atraveacutes do efeito de capilaridade e gravidade uma vez que a base do eleacutetrodo eacute feita de
policarbonato com porosidade aberta adequada ao fenoacutemeno da capilaridade
O desenvolvimento deste bioeleacutetrodo inovador possibilita tambeacutem uma colocaccedilatildeo raacutepida
coacutemoda e segura Uma vez que estes passam a ser colocados com uma touca
Finalmente eacute tambeacutem importante referir que a forma do eleacutetrodo em multipino permitiraacute
numerosos pontos de contacto de modo a minimizar a impedacircncia do mesmo contribuindo para a
obtenccedilatildeo de melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
26 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
O ruiacutedo eacute um sinal interferente de natureza aleatoacuteria que provoca a degradaccedilatildeo de sinal
durante o seu processamento Em eletroacutenica diz respeito a quaisquer correntes ou tensotildees indesejadas
que mascaram o sinal que realmente interessa
Nos dispositivos e circuitos eletroacutenicos existem inuacutemeras fontes de ruiacutedo dai a importacircncia
na sua caraterizaccedilatildeo
Um tipo importante de ruiacutedo eacute o ruiacutedo de Johnson-Nyquist presente nos portadores de carga
e em todos os elementos com resistecircncia eleacutetrica Este tipo de ruiacutedo eacute caraterizado por uma densidade
espectral de potecircncia (do inglecircs power spectral density - PSD) uniforme e forma de onda gaussiana
[26]
O ruiacutedo de Johnson-Nyquist eacute comumente chamado ruiacutedo teacutermico e a sua tensatildeo eficaz pode
ser calculado atraveacutes da ( 5 para uma resistecircncia eleacutetrica R
Vt= radic4∙k∙T∙B∙R=radic16times1020
∙B∙R ( 5 )
Figura 8 Eleacutetrodo de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios A representa o fio de prata B a soluccedilatildeo condutora C a esponja do reservatoacuterio e D material de policarbonato de natureza porosa onde se estabelece o contacto com a pele
16
16
onde k representa a constante de Boltzmann em JK T a temperatura da resistecircncia em K B
a banda equivalente de ruiacutedo e R o valor da resistecircncia em Ohm
Para o caacutelculo da banda equivalente de ruiacutedo considera-se que o sistema tem uma funccedilatildeo de
transferecircncia do tipo 1198810
119881119894frasl = 119860(119895119891) e estaacute sujeito a uma entrada de ruiacutedo de PSD 119878119881119894
Deste modo
obtemos que o valor meacutedio da tensatildeo de ruiacutedo na saiacuteda para um amplificador seraacute
1198811198990
2 = int 119878119881119894 |A(jf)|2 partfinfin
0
( 6 )
Sendo |119860(119895119891)| usualmente uma funccedilatildeo do tipo
Figura 9 Funccedilatildeo de um filtro passa-baixos |119912(119947119943)|
Uma vez que as regiotildees sombreadas satildeo iguais pode-se simplificar o caacutelculo atraveacutes da aacuterea
de um retacircngulo com a mesma aacuterea que o quadrado da funccedilatildeo de transferecircncia Temos entatildeo que a
banda equivalente eacute dada por
B=1
|A0|2int |A(jf)|2 partf
infin
0
( 7 )
Outro tipo de ruiacutedo presente nos equipamentos eletroacutenicos que eacute interessante estudar eacute o
ruiacutedo ldquoshotrdquo ou ruiacutedo de corrente (Ish) que como o nome indica estaacute associado agrave corrente DC que
flui atraveacutes de uma barreira de potencial e pode ser representado por
Ish= radic2∙q∙IDc∙B ( 8 )
Onde q representa a carga eletroacutenica em coulomb e IDC a corrente contiacutenua meacutedia em ampere
Finalmente outro tipo de ruiacutedo a estudar seraacute o ruiacutedo 1f ldquoflickerrdquo ou ruiacutedo de contacto (If)
que ocorre devido agraves diferenccedilas nos niacuteveis de energia eleacutetricos quando existe um contato imperfeito
entre dois materiais Este tipo de ruiacutedo pode ser calculado atraveacutes de
119868119891 = 119870 ∙ 119868119863119888 ∙ radic119861
radic119891 ( 9 )
Onde K eacute um valor constante que depende do material e da geometria
A baixas frequecircncias este ruiacutedo eacute chamado de ruiacutedo ldquo1frdquo devido agrave tendecircncia caracteriacutestica
de decrescimento com a frequecircncia Eacute importante notar que a magnitude do ruido ldquoflickerrdquo pode ser
17
17
muito grande para pequenas frequecircncias o que leva a que seja a forma de ruiacutedo predominante em
circuitos de baixa frequecircncia
Considerando o ruiacutedo total como adiccedilatildeo das contribuiccedilotildees dos vaacuterios tipos de ruiacutedo na
configuraccedilatildeo eleacutetrica adotada para um amplificador pode-se considerar que o ruiacutedo na entrada segue
a representaccedilatildeo da Figura 10 da qual eacute possiacutevel retirar que
1198681198992 =
1198811198991199052 minus 119881119899
2 minus 1198811199052
1198771199042 ( 10 )
Na praacutetica In pode ser calculado atraveacutes da PSD do ruiacutedo total obtido com uma resistecircncia
elevada de modo a que 1198811198990≫ 119860radic119881119899
2 ∙ 1198811199052 e que Vn eacute a PSD do sistema com a entrada em curto circuito
Figura 10 Circuito representativo dos componentes do ruiacutedo do amplificador na entrada segundo o modelo Vn-In
No corpo humano a captaccedilatildeo dos biopotenciais no escalpe estaacute sujeita agrave presenccedila de ruiacutedo
eleacutetrico intriacutenseco indesejado na interface eleacutetrodogelpele que faz com que o processo de deteccedilatildeo
e anaacutelise dos sinais bioloacutegicos reais seja mais complicado Eacute necessaacuterio por isso caracterizar e
conhecer a magnitude e origem destas flutuaccedilotildees de modo a caraterizar a qualidade dos eleacutetrodos
desenvolvidos
O ruiacutedo eleacutetrodo-pele pode estar ligado agrave interface entre o eleacutetrodo e o eletroacutelito ou entatildeo
agrave interface eletroacutelito-pele No primeiro caso esta situaccedilatildeo pode ser mensurada atraveacutes da colocaccedilatildeo
de eleacutetrodos do mesmo tipo um contra o outro Por outro lado o ruiacutedo produzido pela interface
eletroacutelito-pele deve ser mensurado de uma forma indireta atraveacutes do contacto direto entre o eleacutetrodo
e a pele Nesta situaccedilatildeo o ruiacutedo eacute tipicamente mais elevado do que o que se obteacutem na interface
eleacutetrodo-eletroacutelito [3] Uma vez que os resultados obtidos nestes ensaios dependem diretamente do
estado da pele eacute importante garantir um tratamento preacutevio adequado
18
18
261 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio do tempo RMS e Deriva do potencial
A raiz do valor quadraacutetico meacutedio RMS (do inglecircs root mean square) ou valor eficaz eacute uma
medida estatiacutestica da magnitude de uma quantidade variaacutevel que pode ser calculada atraveacutes da
expressatildeo
120600119877119872119878 = radic1
119873 sum120600119894
2
119873
119894=1
= radic1206001
2 + 12060022 + ⋯+ 120600119873
2
119873 ( 11 )
Nos sinais a estudar satildeo calculados os valores RMS da parte alternada do sinal em intervalos
de tempo sucessivos Destes valores eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees acerca da evoluccedilatildeo temporal do
sinal assim como a quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo
Por outro lado a deriva do potencial eacute calculada recorrendo agrave primeira derivada do sinal nos
diferentes pontos pela componente contiacutenua do sinal sendo portanto de natureza lenta Eacute possiacutevel
por isso analisar a deriva do potencial e o tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema atraveacutes do recurso desde
caacutelculo
262 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio das frequecircncias Densidade espectral
A densidade espectral de potecircncia PSD eacute definida pela transformada de Fourier da funccedilatildeo
de autocorrelaccedilatildeo (Rxx (120591)) de um processo estacionaacuterio ou seja
Teorema de Wiener-Khintchine 119878119909(119891) = F[Rxx(120591)]= int Rxx(120591)119890minus 1198952120587119891120591119889120591infin
minusinfin
( 12 )
Por outras palavras a PSD descreve a distribuiccedilatildeo da variacircncia de um processo aleatoacuterio no
domiacutenio da frequecircncia [27][28]
No Matlab esta estimaccedilatildeo eacute feita atraveacutes da funccedilatildeo pwelch jaacute implementada esta segue o
meacutetodo Welch para o caacutelculo da PSD Este meacutetodo eacute baseado no conceito de utilizaccedilatildeo de
periodogramas de estimaccedilatildeo espectral que satildeo o resultado da conversatildeo de um sinal no domiacutenio
temporal para o domiacutenio da frequecircncia [29] Para isso o meacutetodo Welch segue o fundamento do
meacutetodo Bartlett contudo permite a sobreposiccedilatildeo de segmentos [30]
O meacutetodo Bartlett consiste primeiramente na divisatildeo do segmento original de N amostras em
K segmentos de comprimento M Para cada segmento eacute obtido o periodograma calculado atraveacutes da
transformada discreta de Fourier de seguida eacute calculado o quadrado do resultado e dividido por M
Finalmente eacute feita a meacutedia do resultado dos periodogramas para todos os segmentos de K amostras
resultando num uacutenico vetor de potenciais em funccedilatildeo da frequecircncia Ou seja a reparticcedilatildeo da potecircncia
ao longo do espetro [28]
19
19
27 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo da impedacircncia
Um sistema eletroquiacutemico eacute aquele onde haacute a presenccedila de pelo menos uma fase condutora
eletroacutenica (eleacutetrodo) em contato direto com uma fase condutora ioacutenica (eletroacutelito) as quais originam
a interface eleacutetrodo-eletroacutelito onde se forma duma dupla camada eleacutetrica
A mediccedilatildeo da impedacircncia eletroquiacutemica em modo potenciostaacutetico eacute feita atraveacutes da
aplicaccedilatildeo de um sinal de potencial eleacutetrico sinusoidal 119881(119905) com cerca de 5 a 20 mV numa ceacutelula
eletroquiacutemica Satildeo medidas a resposta na forma de corrente eleacutetrica 119868(119905) e diferenccedila de fase entre
o sinal de potencial e o sinal da corrente [31] Ao medir a corrente alternada que atravessa a ceacutelula
eletroquiacutemica obtemos a impedacircncia Z da forma convencional 119885 = 119881119868 [32] Refira-se que a obtenccedilatildeo
da impedacircncia pode igualmente ser feita impondo uma perturbaccedilatildeo de corrente e medindo o
potencial A impedacircncia do eleacutetrodo reflete entatildeo a capacidade do eleacutetrodo para transferir carga a
determinada frequecircncia [32][33]
Deste modo tem-se se os valores da tensatildeo alternada V(t) e da intensidade I(t) forem
representados por
V(t)=V0∙ cos ωt
( 13 )
I(t)=I0∙ cos (ωt+φ) ( 14 )
No qual V0 representa a amplitude de pico do sinal 120596 a frequecircncia angular (120596 = 2120587119891) I0 a
amplitude do sinal de corrente e 120593 a diferenccedila de fase entre os dois sinais
Pela equaccedilatildeo de Euler
eiφ= cos φ +j sin φ ( 15 )
temos entatildeo que se φ=120596119905
V(t)= V0∙Re(ejωt) ( 16 )
representando essa tensatildeo alternada como uma parte real de uma grandeza complexa
temos que V(t) eacute equivalente a
V(t)=V0∙Re(119888119900119904120596119905 + 119895 ∙ 119904119894119899 120596119905) ( 17 )
Por outro lado atendendo agrave Equaccedilatildeo de Euler acima descrita a corrente eleacutetrica gerada
por um elemento de circuito em resposta a uma tensatildeo alternada pode ser escrita como
I(t)=I0∙Re(119890(120596119905+120593))
( 18 )
Deste modo a impedacircncia fica
Z(ω)=Z0∙ejφ
( 19 )
e aplicando a equaccedilatildeo de Euler
Z(ω)=Z ( cos φ + j sin φ ) ( 20 )
20
20
Obtemos uma equaccedilatildeo composta de uma parte real e uma parte imaginaacuteria possibilitando
assim a sua representaccedilatildeo num plano cartesiano onde a parte real corresponderaacute ao eixo das abcissas
e a parte imaginaria ao eixo das ordenadas (Diagrama de Nyquist)
Pode-se tambeacutem representar a impedacircncia como um vetor no plano complexo
Z (ω)=Re[Z(ω)]i +Im[Z(ω)]j ( 21 )
E se Z0 for o moacutedulo da impedacircncia a parte real de 119885(120596) escreve-se
Z=Z0∙ cos φ
( 22 )
sendo a parte imaginaacuteria representada por
Z=Z0∙ sin φ
( 23 )
que segundo a representaccedilatildeo de Fresnel corresponde a
Z(ω)=Z+ j Z
( 24 )
ou seja
1198850=|Z(ω)|=radicZ2+ Z
2 ( 25 )
e
tan φ = Z
Zfrasl ( 26 )
Os diagramas de Nyquist satildeo uacuteteis para reconhecer o tipo de processo envolvido Os diagramas
de Bode por outro lado mostram a dependecircncia direta do acircngulo de fase com a frequecircncia Este
uacuteltimo eacute particularmente interessante em escalas de frequecircncia muito diferentes uma vez que eacute
frequentemente representado atraveacutes da escala logariacutetmica portanto os resultados nos capiacutetulos
subsequentes seratildeo apresentados neste formato
21
21
A teacutecnica de Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica (do inglecircs Electrochemical
Impedance Spectroscopy - EIS) fornece uma visatildeo completa e detalhada das caracteriacutesticas eleacutetricas
da interface eleacutetrodo-eletroacutelito quando efetuada
numa gama suficientemente largada de frequecircncias
Na Figura 11 estaacute representado um esquema da
montagem experimental para mediccedilatildeo da
impedacircncia As reaccedilotildees eletroquiacutemicas satildeo em
essecircncia reaccedilotildees quiacutemicas em que ocorrem
transferecircncia de eletrotildees para um eleacutetrodo e como
regra ocorrem de acordo com princiacutepios quiacutemicos
gerais Haacute contudo certas caracteriacutesticas das
reaccedilotildees eletroquiacutemicas que satildeo uacutenicas Algumas
delas envolvem a transferecircncia de eletrotildees atraveacutes
de uma interface (reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo) o
que acarreta uma dependecircncia com as dimensotildees e
aacuterea do eleacutetrodo assim como tambeacutem das
propriedades da interface com o eleacutetrodo
Eacute habitual que os eleacutetrodos de AgAgCl apresentem potenciais relativamente baixos e
estaacuteveis Portanto a deposiccedilatildeo da camada de AgCl estabilizaraacute o potencial do eleacutetrodo e reduziraacute os
niacuteveis de impedacircncia Eacute de salientar que impedacircncias aceitaacuteveis para os eleacutetrodos de superfiacutecie devem
encontrar-se abaixo dos 5 k uma vez que quanto maior a impedacircncia maior seraacute a resistecircncia do
eleacutetrodo agrave passagem de corrente No entanto valores de 10 k ou mesmo 40 K ainda satildeo
considerados aceitaacuteveis dependendo dos autores [34][35]
Figura 11 Esquema representativo do ensaio potenciostaacutetico para mediccedilatildeo da impedacircncia
22
22
23
23
Capiacutetulo 3 Materiais e meacutetodos
Materiais e meacutetodos
31 Preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes
Na preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes dissolveu-se cloreto de soacutedio (NaCl) em aacutegua
adicionando de seguida um tensioativo (tweencopy-80) e um humectante (propilenoglicol) As
concentraccedilotildees destes componentes variaram nas 3 soluccedilotildees conforme referido na Tabela 2 Conveacutem
referir que cada componente foi dissolvido em constante e contiacutenua agitaccedilatildeo numa placa de
agitaccedilatildeo tendo-se misturado primeiro o propilenogicol com o tweencopy e soacute depois com os restantes
compostos
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas
COMPONENTE INFORMACcedilAtildeO DO COMPONENTE SOLUCcedilAtildeO
1 2 3
NaCl (mV) VWR-BDH Prolabo Lote 27810295
09 09 09
Tweencopy-80 (VV) Acofarma
Lote 130287 3 3 5
Propilenoglicol(VV) Acofarma
Lote 131337 10 30 30
Aacutegua (VV) - qbp 100 qbp 100 qbp 100
A biocompatibilidade das mateacuterias-primas empregues para a obtenccedilatildeo das soluccedilotildees torna este
novo conceito de eleacutetrodo uma alternativa promissora para utilizaccedilatildeo cliacutenica Esta biocompatibilidade
estaacute inversamente relacionada com a concentraccedilatildeo de cloretos de soacutedio ou seja quanto menor a
concentraccedilatildeo tanto maior a biocompatibilidade das soluccedilotildees Por esse motivo as soluccedilotildees
desenvolvidas contavam com pequenas concentraccedilotildees de sais de modo a ser o mais semelhante
possiacutevel aos componentes ioacutenicos da proacutepria pele humana
24
24
32 Produccedilatildeo dos novos eleacutetrodos
321 Produccedilatildeo da estrutura porosa de policarbonato
A produccedilatildeo da estrutura porosa (wicks) foi realizada atraveacutes da sinterizaccedilatildeo de poacutes de
policarbonato (PC)
No que diz respeito ao processo de fabrico propriamente
dito o primeiro passo consistiu na moagem da mateacuteria-prima
(policarbonato) de seguida estas partiacuteculas foram sinterizadas
atraveacutes de um equipamento designado por cilindro de sinterizaccedilatildeo
Este cilindro foi aquecido a uma temperatura de asymp170degC e atingida
esta gama de temperaturas colocaram-se as partiacuteculas no molde
ldquoWickrdquo com as dimensotildees apresentadas na Figura 12 que se
encontrava dentro do cilindro central Procedeu-se
imediatamente ao encaixe do pistatildeo no cilindro central Para
finalizar mergulhou-se em aacutegua fria o cilindro central contendo o
molde deixando de seguida secar agrave temperatura ambiente [36]
322 Preparaccedilatildeo dos eleacutetrodos de pratacloreto de prata
Para a deposiccedilatildeo da camada de cloreto de prata nos fios de prata recorreu-se a uma teacutecnica
de deposiccedilatildeo quiacutemica Para isso os fios de prata (Ag) (diacircmetro = 250 miacutecron 9999 Goodfellow
Cambridge) foram oxidados com uma soluccedilatildeo de cloreto de ferro (III) (MERCK Lote 7705-08-0) apoacutes
um preacute-tratamento que permitiu a remoccedilatildeo de impurezas e sujidades presentes na superfiacutecie dos fios
Este preacute-tratamento consistiu na limpeza da superfiacutecie dos fios com 2-propanol e posterior imersatildeo
dos mesmos numa tina de ultrassons com 2-propanol durante 10 minutos De seguida mergulharam-
se os fios de prata em aacutegua destilada de forma a remover todo o 2-propanol presente Finalmente
o processo de oxidaccedilatildeo consistiu em submergir os fios de prata numa soluccedilatildeo aquosa de FeCl3 50 mM
durante 2 minutos ao finalizar este periacuteodo foram armazenados durante 24h num recipiente revestido
com folha de alumiacutenio que possuiacutea uma soluccedilatildeo de HCl 01M para estabilizaccedilatildeo Os fios que natildeo foram
utilizados imediatamente foram armazenados num recipiente revestido com folha de alumiacutenio com
uma soluccedilatildeo de HCl 0005M O comprimento de cada fio de prata eacute aproximadamente de 8 cm
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato
25
25
323 Montagem dos eleacutetrodos
Apoacutes o fabrico da estrutura porosa e da preparaccedilatildeo dos
fios de prata procedeu-se agrave montagem dos eleacutetrodos para isso
cortaram-se pequenas porccedilotildees de uma esponja em poliuretano
com configuraccedilatildeo ciliacutendrica e um diacircmetro semelhante ao da
parte superior da estrutura porosa De seguida atravessou-se esta
esponja com o fio de prata e inseriu-se o conjunto ldquoesponja +
arame de pratardquo dentro de um orifiacutecio superior que a estrutura
porosa possui Finalmente incorporou-se esta estrutura dentro de
um tubo de PVC de modo a atingir a configuraccedilatildeo apresentada na
Figura 13
33 Preparaccedilatildeo dos ensaios
Antes do iniacutecio dos ensaios os eleacutetrodos foram previamente lavados com 2-propanol e
colocados na estufa de modo a evaporar os resiacuteduos do aacutelcool Posteriormente foi aplicada a soluccedilatildeo
hidratante que se pretendia estudar de modo a que a esponja ficasse completamente embebida Desta
forma por uma parte os novos eleacutetrodos em estudo foram testados recorrendo agraves soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 e por outra os eleacutetrodos que serviram como controlo (eleacutetrodo de AgAgCl
(BIO EASYCAP GmbH Alemanha)) utilizaram o gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) Foram tambeacutem utilizados eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) como referecircncia
Para os estudos eletroquiacutemicos incorporaram-se os eleacutetrodos numa montagem constituiacuteda por
um potenciostatogalvanostato Gamry G-300 (Gamry Instruments USA) De modo a diminuir o ruiacutedo
eletroacutenico os ensaios foram todos realizados dentro de uma Gaiola de Faraday Eacute importante referir
que uma vez o nosso sistema de aquisiccedilatildeo de dados era ldquoearth groundedrdquo seguiu-se a sugestatildeo da
bula do Gamry e optou-se unicamente por ligar o ldquofloating groundrdquo agrave gaiola
34 Condiccedilotildees dos ensaios
A primeira parte do trabalho foi desenvolvida laquoIn vitroraquo com eleacutetrodos multipino foi feito
entatildeo um estudo do ruido eletroquiacutemico entre eleacutetrodos do mesmo tipo nas diferentes soluccedilotildees
referidas na Tabela 2 De seguida realizou-se um estudo das impedacircncias dos novos eleacutetrodos nas
diferentes soluccedilotildees seguidos por um estudo de controlo realizado nas mesmas condiccedilotildees com o
eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente e o correspondente gel hidratante Estes ensaios foram
reproduzidos 3 vezes uma vez que em estudos anteriores jaacute se tinha verificado uma boa
reprodutibilidade dos ensaios
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios
26
26
Na segunda fase dos estudos realizou-se uma avaliaccedilatildeo do ruido da impedacircncia vs frequecircncia
laquoIn vivoraquo com as diferentes soluccedilotildees Estes ensaios foram realizados em 8 voluntaacuterios saudaacuteveis 6 do
sexo feminino e 2 do masculino Deste modo consegue-se escolher uma soluccedilatildeo para avanccedilar ao
estaacutegio seguinte que consistia na mediccedilatildeo e comparaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos obtidos tanto
com os eleacutetrodos de controlo como com os eleacutetrodos multipino porosos com a soluccedilatildeo hidratante mais
adequada Os resultados foram obtidos com a participaccedilatildeo de 2 voluntaacuterios saudaacuteveis de ambos sexos
341 Ensaios laquoIn vitroraquo
3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito
Nos ensaios de ruiacutedo eletroquiacutemico apenas foram utilizados eleacutetrodos multipino porosos
Fig14 (b) sendo um ligado ao terminal do eleacutetrodo de trabalho e o outro ao terminal do eleacutetrodo de
referecircncia A distacircncia entre os eleacutetrodos foi controlada durante o decorrer dos ensaios optando-se
por uma distacircncia de 3 cm entre os dois eleacutetrodos Foi tambeacutem realizada uma montagem de controlo
nas mesmas condiccedilotildees contudo esta era constituiacuteda por dois eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel
Electro-Cap International Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA)
Estabelecida a montagem do sistema eletroacutenico procedeu-se agrave mediccedilatildeo do ruiacutedo eleacutetrico em
circuito aberto para isso recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software ldquoESA410 Data Acquisitionrdquo da Gamry
um software projetado especificamente para a aquisiccedilatildeo e anaacutelise de sinais de ruiacutedo eletroquiacutemico
[37] Para aquisiccedilatildeo dos dados o ESA410trade associa-se ao potenciostato Gamry que faz aquisiccedilatildeo dos
dados em modo potenciostaacutetico a recolha dos dados eacute feita em circuito aberto O teste para cada
eleacutetrodo foi realizado ao longo de 12 minutos com uma taxa de amostragem constante de 1000 Hz
ao longo de todo o teste e um filtro de 10 A frequecircncia de amostragem foi escolhida tendo em conta
o Teorema de Nyquist que afirma que a frequecircncia de amostragem de um sinal analoacutegico para que
possa posteriormente ser reconstituiacutedo com o miacutenimo de perda de informaccedilatildeo deve ser igual ou maior
a duas vezes a maior frequecircncia do espectro desse sinal 119861 le119891119904
2 Por outras palavras a frequecircncia
maacutexima do sinal de entrada deveraacute ser menor ou igual a metade da taxa de amostragem [38] Para
que isto seja conseguido o sistema incorpora um filtro passa-baixo ldquoanti-aliasrdquo (deixa passar baixas
frequecircncias mas atenua as frequecircncias maiores do que a frequecircncia de Nyquist) [39]
3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito
Na montagem eletroacutenica dos ensaios de impedacircncia o contra eleacutetrodo era representado por
um eleacutetrodo comercial de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) o eleacutetrodo de trabalho um
eleacutetrodo poroso multipino (cada ensaio com as suas diferentes soluccedilotildees) e o eleacutetrodo de referecircncia
um eleacutetrodo de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) Fig14 (a) Optou-se tambeacutem pela
27
27
implementaccedilatildeo de um controlo com eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap International
Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap International Inc USA)
A obtenccedilatildeo dos dados eacute feita atraveacutes da teacutecnica de espectroscopia de impedacircncia
eletroquiacutemica em modo potenciostaacuteticordquo presente no software EIS300TM da Gamry neste modo de
funcionamento eacute aquirido um espectro de impedacircncia ao longo do intervalo de frequecircncias de 10 kHz
ateacute 01 Hz com uma tensatildeo AC aplicada (5 mV RMS) da tensatildeo de desvio DC (0 V vs circuito aberto)
e representados 3 pontos por deacutecada
(a) (b)
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo
342 Ensaios laquoIn vivoraquo
3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele
De modo a mensurar o ruiacutedo
causado pela interface entre o eletroacutelito e
a pele procedeu-se agrave montagem de um
sistema semelhante ao utilizado nos
ensaios do ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito dentro
de uma gaiola de Faraday contudo estes
ensaios foram realizados laquoIn vivoraquo
procedendo-se agrave colocaccedilatildeo dos dois
eleacutetrodos na zona anterior da tiacutebia com
um espaccedilo entre eles de 3 cm (Figura 15)
apoacutes a superfiacutecie da pele ter sido limpa
com etanol a 70
A montagem contava com um sistema de seguranccedila inserido em seacuterie no sistema de mediccedilatildeo
e que corta a corrente se esta for superior a 100 microA
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
28
28
A mediccedilatildeo do ruido foi feita tendo em conta o tipo de eleacutetrodo tendo-se para isso optado por
fazer as mediccedilotildees com eleacutetrodos do mesmo tipo ou seja num primeiro ensaio mensurou-se o ruido
entre 2 eleacutetrodos de pratacloreto de prata com o respetivo gel hidratante e numa segunda
abordagem optou-se por mensurar o ruido entre dois dos eleacutetrodos porosos com as diferentes soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 Contudo foi controlada a pressatildeo da banda que fixava os eleacutetrodos porosos
agrave tiacutebia sendo estipulado o valor da pressatildeo no intervalo de 15N a 2N
Neste ensaio o primeiro eleacutetrodo encontra-se ligado aos terminais dos eleacutetrodos de trabalho
o segundo ao terminal da referecircncia e o cabo do ground foi ligado agrave gaiola
Os paracircmetros dos ensaios foram os mesmos que os utilizados para a mediccedilatildeo do ruido
eleacutetrodo-eletroacutelito apresentados na secccedilatildeo 3411 contudo o tempo de aquisiccedilatildeo de sinal foi
reduzido a 5 minutos de modo a minorar o tempo de exposiccedilatildeo dos voluntaacuterios aos exames
3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele
laquoIn vivoraquo estes ensaios foram feitos logo
apoacutes a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico portanto a
superfiacutecie da pele se encontrava limpa e a
colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos obedecia agrave regra dos 3 cm
de distacircncia entre eleacutetrodos e 15-2N de pressatildeo
Para a mediccedilatildeo da impedacircncia eacute utilizada uma
configuraccedilatildeo diferente como referido no capitulo
33 Satildeo portanto utilizados 2 eleacutetrodos
comerciais de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH
Alemanha) um como referecircncia e outro como
contra eleacutetrodo e o eleacutetrodo em estudo
propiamente dito seja este o comercial (controlo)
ou o novo eleacutetrodo (Figura 16)
Os resultados obtidos para as diferentes
frequecircncias aleacutem de poderem ser representados
pelo diagrama de Nyquist como referido anteriormente podem tambeacutem ser representados num
Diagrama de Bode Neste diagrama a distribuiccedilatildeo dos valores de impedacircncia por vaacuterias ordens de
grandeza eacute representada em coordenadas polares (magnitude log|119885| em funccedilatildeo de log120596 )
3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos primariamente limpou-se a superfiacutecie do
escalpe com aacutelcool a 70 de modo a minimizar a camada gordurosa da pele De seguida procedeu-se
agrave colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos Foram colocados dois eleacutetrodos de AgAgCl (comerciais) um de forma a
servir como controlo (posiccedilatildeo O2) e outro em curto-circuito com o ground e a referecircncia (posiccedilatildeo
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino
durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia
29
29
Fp2) O eleacutetrodo poroso em estudo colocou-se a cerca de 3 cm do eleacutetrodo de AgAgCl posiccedilatildeo O2
de modo a captar o mesmo sinal que o obtido pelo eleacutetrodo de controlo (Figura 17)
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos
35 Implementaccedilatildeo em Matlab
Apoacutes a importaccedilatildeo do ficheiro obtido nos ensaios de ruiacutedo para o Matlab foi criado um filtro
Butterworth de ordem 20 de 05 ateacute 40 Hz atraveacutes da funccedilatildeo jaacute implementada pelo Matlab
ldquofdesignbandpassrdquo De seguida eacute aplicado o filtro duas vezes A primeira desde o primeiro ponto ateacute
o uacuteltimo e o segundo na ordem inversa Deste modo consegue-se natildeo soacute uma filtragem dupla mas
tambeacutem o cancelamento da fase dos filtros Assim efetivamente o filtro utilizado eacute de ordem 40 de
fase nula
De seguida eacute dividido o ensaio em segmentos de 30 segundos rejeitando os primeiros 10
segundos do ensaio Para cada segmento natildeo sobreposto eacute calculado o valor RMS da tensatildeo a
densidade espectral de potecircncia atraveacutes da estimaccedilatildeo pwelch do Matlab e o declive meacutedio (primeira
derivada do sinal) Contudo no final eacute calculada tambeacutem a densidade espectral de potecircncia global
que eacute expressa em dB
30
30
31
31
Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos
Resultados obtidos e discussatildeo
41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo
411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos
eleacutetrodos
Neste estudo eacute de extrema relevacircncia a eleiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante a utilizar Para isso
recorreu-se agrave realizaccedilatildeo de vaacuterios ensaios que possibilitassem uma avaliaccedilatildeo objetiva da resposta do
sistema Efetuou-se entatildeo primeiro uma anaacutelise do ruiacutedo ao longo de 12 minutos com os eleacutetrodos
multipino nas diferentes soluccedilotildees (um medido contra o outro) e a respetiva referecircncia de seguida
realizou-se um ensaio para mensurar a resistecircncia agrave passagem de corrente com os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees e a respetiva referecircncia
Assim sendo a Figura 18 revela a impedacircncia dos eleacutetrodos nas diferentes soluccedilotildees testadas
Nesta pode-se observar que a soluccedilatildeo 1 apresenta niacuteveis de impedacircncia ligeiramente mais baixos que
as restantes soluccedilotildees Contudo os seus niacuteveis encontram-se uma deacutecada acima dos valores obtidos
pelo eleacutetrodo e AgAgCl utilizado comercialmente com o respetivo gel hidratante Observa-se ainda
que os desvios padratildeo satildeo tatildeo baixos que quase natildeo satildeo percetiacuteveis o que significa que os ensaios satildeo
bastante reprodutiacuteveis Eacute tambeacutem importante notar que ao longo de todas as frequecircncias testadas
os valores de impedacircncia aleacutem de se encontrarem todos abaixo dos valores maacuteximos permitidos (20-
40 k) [35] encontram-se ainda abaixo dos 5 k referidos como valores de impedacircncia ideal por vaacuterios
fornecedores [40][41] o que eacute de extrema relevacircncia nos passos subsequentes de aquisiccedilatildeo do sinal
uma vez que eacute indispensaacutevel ter baixos niacuteveis de impedacircncia para conseguir captar ondas cerebrais
32
32
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Foram ainda feitas mediccedilotildees de ruiacutedo nas mesmas condiccedilotildees Realizando-se de seguida uma
anaacutelise no domiacutenio temporal e outra no domiacutenio das frequecircncias Para isso como foi referido no
capitulo 35 recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software Matlab A primeira anaacutelise eacute feita no domiacutenio
temporal (Figura 19 (a)) sob a forma de um graacutefico da tensatildeo meacutedia (RMS) em funccedilatildeo do tempo que
eacute obtida apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa-alto de modo a retirar a componente DC do sinal e assim
obter um sinal de ruiacutedo para altas frequecircncias que seraacute representado em periacuteodos de 30 segundos
Deste modo eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees da quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo de
estabilizaccedilatildeo do eleacutetrodo O que se observa eacute que os niacuteveis de ruiacutedo ao longo do tempo variam entre
185 microV ateacute 2 microV o que equivale a uma variaccedilatildeo maacutexima de 015 microV tanto para os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees como para o eleacutetrodo de AgAgCl no respetivo gel hidratante Observa-se
ainda que aleacutem das pequenas variaccedilotildees ao longo do tempo o desvio padratildeo para todas as soluccedilotildees eacute
muito semelhante sugerindo que natildeo haacute diferenccedilas significativas a niacutevel das soluccedilotildees implementadas
Eacute ainda de salientar que natildeo se observa nenhuma evoluccedilatildeo de ruiacutedo ao longo do tempo o que sugere
uma estabilizaccedilatildeo do sistema muito raacutepida A segunda anaacutelise no domiacutenio temporal corresponde ao
declive meacutedio (Figura 19 (b)) foi realizada recorrendo agrave primeira derivada do sinal em DC obtido a
cada 30 segundos Deste graacutefico eacute possiacutevel retirar informaccedilatildeo referente agrave deriva do potencial e ao
tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema Assim recorrendo agrave sua visualizaccedilatildeo observa-se que a
estabilizaccedilatildeo eacute feita de forma semelhante para todas as soluccedilotildees Contudo a soluccedilatildeo 3 apresenta
menos variaccedilotildees ao longo do tempo valores mais proacuteximos de zero e maior reprodutibilidade entre
ensaios Finalmente o teste de controlo efetuado com os eleacutetrodos comerciais de AgAgCl no gel
aparentam ser ligeiramente menos estaacuteveis contudo os valores se encontram na mesma gama de
tensotildees
33
33
Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Para concluir realizou-se uma anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias para isso recorreu-se ao
graacutefico da densidade espectral de tensatildeo (Figura 20) Nele observa-se que os resultados do ruiacutedo do
sinal aumentam com a diminuiccedilatildeo das frequecircncias numa proporccedilatildeo 119903119906iacute119889119900 ~ 1 119891119903119890119902119906ecirc119899119888119894119886frasl
confirmando os estudos feitos por E Huigen em 2002 [20] No entanto estes tendem a estabilizar a
partir dos 10 Hz em valores proacuteximos dos -238 dB Eacute de referir que a para frequecircncias elevadas o
sinal de ruiacutedo eacute determinado pelo ruiacutedo do amplificador e natildeo pelo ruiacutedo da interface metal-eletroacutelito
uma vez que este eacute significativamente menor do que o ruiacutedo do amplificador impedindo assim a sua
mediccedilatildeo mesmo com equipamentos de baixo ruiacutedo [20]
34
34
Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
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35
a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
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Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
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Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
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Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
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Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
40
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
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41
Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
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42
Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
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43
Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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44
VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
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Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
48
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49
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Anexos
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xv
Abreviaturas e Siacutembolos
Acroacutenimos
EEG Eletroencefalograma
NMF Natural moisturizer factor
PC Policarbonato
PCA Aacutecido carboxiacutelico da pirrolidona
PVC Policloreto de polivinilo
RMS Root mean square (Erro quadraacutetico meacutedio)
SNR ou SN Signal-to-noise ratio (Relaccedilatildeo sinal-ruiacutedo)
EIS Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica
ICM Interface ceacuterebro-maacutequina
Lista de siacutembolos
Ohm
1
Capiacutetulo 1 Introduccedilatildeo
Introduccedilatildeo
O eletroencefalograma (EEG) eacute o registo graacutefico dos potenciais eleacutetricos desenvolvidos no ceacuterebro
que eacute utilizado para o seu estudo Isto eacute feito atraveacutes de eleacutetrodos aplicados no couro cabeludo
diretamente na superfiacutecie encefaacutelica ou ateacute mesmo dentro da substacircncia encefaacutelica [1] O
procedimento foi descrito pela primeira vez pelo fisiologista alematildeo Emil du Bois-Reymond que
descobriu que a propagaccedilatildeo do estiacutemulo nervoso nos neuroacutenios resultava no surgimento de uma
corrente eleacutetrica Contudo soacute comeccedilou a ser usado em 1929 apoacutes Hans Berger (psiquiatra alematildeo)
ter conseguido obter a primeira imagem graacutefica das diferenccedilas de potencial presentes no ceacuterebro
[1][2] A combinaccedilatildeo dos diferentes sinais eacute captada pelos eleacutetrodos sob a forma de uma diferenccedila
de potencial entre cada par de eleacutetrodos (configuraccedilatildeo bipolar) ou entre cada eleacutetrodo e uma
referecircncia (configuraccedilatildeo monopolar) O princiacutepio baacutesico de obtenccedilatildeo dos traccedilados
eletroencefalograacuteficos (EEG) eacute a amplificaccedilatildeo dos sinais eleacutetricos atraveacutes da utilizaccedilatildeo de
amplificadores operacionais de instrumentaccedilatildeo [1][3][4] Estes dispositivos satildeo capazes de amplificar
pequenas diferenccedilas de potencial entre dois pontos do couro cabeludo gerando de seguida na forma
claacutessica por meio de um dispositivo chamado galvanoacutemetro de fio com registador e na forma atual
por meio de digitalizaccedilatildeo e impressatildeo um traccedilado graacutefico com diferentes formas de onda que podem
ser interpretados por especialistas na aacuterea [1][3]
Natildeo se sabe ainda interpretar completamente o significado das ondas do eletroencefalograma
mas sabe-se que estas satildeo geradas pela atividade sinaacuteptica dos neuroacutenios do coacutertex cerebral e pelas
informaccedilotildees neuro-eleacutetricas provenientes dos sistemas sensoriais Os traccedilados resultantes deste
exame quando o individuo se encontra acordado satildeo essencialmente dessincronizados isto eacute
compostos por ondas de tensotildees reduzidas e frequecircncias relativamente altas (ritmos alfa e beta)
Contudo quando o individuo se encontra a dormir e uma vez que nessa situaccedilatildeo o taacutelamo natildeo deixa
passar tatildeo facilmente a informaccedilatildeo que recebe os traccedilados dos potenciais sinaacutepticos do coacutertex
tornam-se menores menos variados e mais sincronizados [5] As ondas deste tipo podem ser descritas
atraveacutes da sua gama de frequecircncias ou de comprimentos de onda e periacuteodos associados e das
amplitudes sendo estas natildeo superiores aos 150 μV e a gama de frequecircncias encontrando-se entre os
05 e 60 Hz num EEG normal sendo portanto estes paracircmetros de grande importacircncia e a ter em
conta na anaacutelise destas ondas [6] Por convenccedilatildeo os sinais satildeo classificados em quatro bandas de
frequecircncia conforme ilustrado na Tabela 1
2
2
Tabela 1 Classificaccedilatildeo convencional dos sinais de EEG tendo em conta a gama de frequecircncias em
que se encontram com indicaccedilatildeo das situaccedilotildees tiacutepicas de ocorrecircncia [6]
ONDA FREQUEcircNCIA OCORREM DURANTE
Delta lt35 Hz Momentos do sono profundo
Theta 4-7 Hz Meditaccedilatildeo e relaxamento profundo
Alfa 8-13 Hz Estados mentais relaxados e no
sono
Beta gt13 Hz Estado normal de vigila
As designadas mediccedilotildees eletroencefalograacuteficas tecircm sido amplamente desenvolvidas e exploradas
por vaacuterios motivos que incluem a sua elevada resoluccedilatildeo temporal (na ordem dos milissegundos) e a
sua sensibilidade tanto agrave duraccedilatildeo como agrave intensidade da atividade neural resultado da sincronizaccedilatildeo
da atividade dos neuroacutenios Eacute tambeacutem uma teacutecnica muito atrativa uma vez que representa um
baixiacutessimo risco para os pacientes por ser um meacutetodo geralmente natildeo invasivo A teacutecnica EEG tem a
grande vantagem de possuir uma excelente resoluccedilatildeo temporal dos sinais Contudo sua principal
limitaccedilatildeo passa pela resoluccedilatildeo espacial uma vez que a propagaccedilatildeo da atividade eleacutetrica ao longo das
vias fisioloacutegicas e do cracircnio pode dar uma impressatildeo errada da localizaccedilatildeo da fonte da atividade
eleacutetrica resultando numa insuficiecircncia de detalhes espaciais para identificar as estruturas e funccedilotildees
relacionadas com a atividade eleacutetrica Todavia embora o sinal eleacutetrico tenha de ser transmitido
atraveacutes dos tecidos e isto provoca uma reduccedilatildeo da intensidade do sinal e pequenas distorccedilotildees assume-
se que esta atividade eacute a mesma tanto na superfiacutecie do coacutertex (local onde as ondas emergem) como
no escalpe (local onde as ondas satildeo coletadas) [5][7]
Na literatura aparecem relatos do uso de vaacuterios tipos de EEG para avaliar grupos de pacientes com
diferentes doenccedilas tais como tumores enxaquecas depressotildees e esquizofrenia no entanto na
clinica o EEG eacute sobretudo utilizado para diagnosticar doenccedilas vasculares cerebrais demecircncias e
encefalopatias [7][8][9] Todavia as aplicaccedilotildees hoje em dia para este tipo de sinais e seus sistemas
de eleacutetrodos satildeo inuacutemeras podendo-se destacar as interfaces ceacuterebro-maacutequina como uma das
principais Este tipo de interfaces procura atraveacutes das ondas produzidas no foro cerebral controlar
equipamentos sejam estes cliacutenicos ou natildeo Eacute possiacutevel detetar padrotildees de ativaccedilatildeo gerados pelo
ceacuterebro atraveacutes da colocaccedilatildeo de eleacutetrodos e anaacutelise dos sinais eletroencefalograacuteficos recolhidos tanto
no exterior como no interior da superfiacutecie encefaacutelica Os sinais captados indicam a atividade cerebral
do utilizador que apoacutes deteccedilatildeo e classificaccedilatildeo satildeo traduzidos para uma saiacuteda como por exemplo
o movimento de um cursor de um computador associado ao rato ou de qualquer dispositivo artificial
externo Os sinais de EEG natildeo-invasivos satildeo utilizados em aplicaccedilotildees de Interface ceacuterebro maacutequina
(ICM1) pois estes oferecem um niacutevel de qualidade de sinal aceitaacutevel que combina custos reduzidos e
facilidade de utilizaccedilatildeo[10]
Com o surgimento de outros meacutetodos de diagnoacutestico a utilizaccedilatildeo da eletroencefalografia entrou
em decaimento no entanto a associaccedilatildeo desta teacutecnica com o domiacutenio informaacutetico os seus baixos
1 ldquoA Interface ceacuterebro-maacutequina eacute um sistema que permite a interaccedilatildeo entre o utilizador e o meio que o cerca utilizando sinais de controlo gerados por meio da atividade cerebral O aprimoramento das pesquisas em ICM estaacute relacionado principalmente com os avanccedilos da neurofisiologia e computaccedilatildeo As pesquisas iniciais
dedicaram-se ao desenvolvimento de dispositivos de comunicaccedilatildeo de pessoas que perderam o controlo muscular voluntaacuterio (hellip)rdquo Mussatto Greice em [10] Atualmente satildeo frequentemente direcionados para auxiliar aumentar ou reparar a cogniccedilatildeo humana ou as funccedilotildees sensoriais e motoras
3
3
custos (quando comparados com as outras teacutecnicas) a facilidade na realizaccedilatildeo dos exames o pequeno
espaccedilo ocupado pelos equipamentos e a sua natureza inoacutecua vieram a dar-lhe um novo impulso
conquistando um lugar proeminente no diagnoacutestico de vaacuterias patologias cerebrais [11][12] Isso tornou
possiacutevel inclusive o mapeamento cerebral em escala de cores (a gradaccedilatildeo das cores relaciona-se
com a amplitude dos potenciais) muito popular atualmente As teacutecnicas para a obtenccedilatildeo e registo
foram por isso aprimoradas nos uacuteltimos anos evoluindo do registo em papel com um nuacutemero reduzido
de canais ao registo contiacutenuo em equipamentos de ateacute 256 canais acoplado ao registo de viacutedeo digital
atraveacutes de equipamentos dotados com sistemas wireless peccedilas de hardwares e softwares sofisticadas
para armazenamento de dados e complementar a anaacutelise visual atraveacutes da anaacutelise computacional
Contudo embora os avanccedilos informaacuteticos tenham sido importantes para o desenvolvimento desta
teacutecnica a questatildeo do eleacutetrodo a utilizar nas mediccedilotildees eacute essencial uma vez que os bioeleacutetrodos de
superfiacutecie satildeo responsaacuteveis pela captaccedilatildeo dos sinais na interface entre a pele e o equipamento de
aquisiccedilatildeo e registo sendo tambeacutem considerados o elo mais fraco na cadeia de aquisiccedilatildeo de sinal
(constituindo a maior fonte de ruiacutedo e de instabilidade) [12]
Existe uma vasta gama de eleacutetrodos disponiacuteveis incluindo eleacutetrodos de superfiacutecie descartaacuteveis ou
reutilizaacuteveis e eleacutetrodos profundos[13] Dentro dos eleacutetrodos profundos (intracranianos) mais
utilizados encontram-se os eleacutetrodos intracerebrais e os subdurais Eacute importante referir a existecircncia
destes eleacutetrodos contudo os eleacutetrodos abordados neste relatoacuterio satildeo os eleacutetrodos de superfiacutecie ou
seja aqueles que satildeo colocados sobre o escalpe Existem vaacuterias alternativas para a sua classificaccedilatildeo
todavia aqui seratildeo abordadas aquelas que se relacionam com a presenccedila ou ausecircncia de produtos
hidratantes utilizando o termo ldquoeleacutetrodos huacutemidosrdquo para aqueles que necessitam de uma soluccedilatildeo
hidratantegel e ldquoeleacutetrodos secosrdquo para aqueles que natildeo a exigem
Os principais tipos de eleacutetrodos utilizados na cliacutenica atualmente para a recolha de sinais
eletroencefalograacuteficos satildeo os eleacutetrodos de prata ouro e estanho Um eleacutetrodo do tipo Prata-Cloreto
de Prata (AgAgCl) (Figura 1) eacute um tipo de eleacutetrodo considerado como tendo caracteriacutesticas desejaacuteveis
de qualidade e estabilidade que o tornam em geral um eleacutetrodo de referecircncia no estado da arte
sendo vulgarmente utilizado em mediccedilotildees eletroquiacutemicas [14] Os fenoacutemenos que ocorrem quando
um eleacutetrodo metaacutelico entra em contacto com um eletroacutelito estatildeo na base da captaccedilatildeo dos sinais que
se pretende realizar Ocorre uma troca ioacutenica como resultado de uma reaccedilatildeo eletroquiacutemica associada
ao contacto Existindo uma tendecircncia para que os aacutetomos do metal percam eletrotildees e estes passem
para o eletroacutelito (oxidaccedilatildeo) fazendo assim com que o eleacutetrodo fique carregado negativamente no
que diz respeito ao eletroacutelito Contudo natildeo se trata de um processo estaacutetico e por conseguinte ocorre
igualmente a reaccedilatildeo contraacuteria ateacute se estabelecer o equiliacutebrio (reduccedilatildeo) [14] Este processo eacute descrito
pela Equaccedilatildeo de Nernst atraveacutes da qual eacute possiacutevel obter a constante de equiliacutebrio de uma
determinada reaccedilatildeo que envolva transferecircncia de eletrotildees Deste modo para uma reaccedilatildeo de
oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo (redox) temos
minus119899 119865119864 = minus119899 1198651198640 + 119877119879 119897119899 119876 hArr 119864 = 1198640 minus119877119879
119899119865119897119899 119876
( 1 )
Verifica-se que no ponto de equiliacutebrio o valor de Q pode ser descrito como K (contante de
equiliacutebrio da reaccedilatildeo) e considerando a constante universal dos gases perfeitos (R = 831 J K-1 mol-1 )
a carga eleacutetrica de uma mole de eletrotildees (F = 96485 Cmiddotmol-1) e que o ensaio decorre agrave temperatura
ambiente (T = 2982 K (25 degC)) obteacutem-se
E=E0-00257
nlnQ hArr 0=E0-
00257
nlnK hArr E0=
00257
nlnK hArr lnK=
n ∙ E0
00257
( 2 )
4
4
Onde Eordm se obteacutem a partir dos potenciais normais dos eleacutetrodos n eacute o nuacutemero de moles de eletrotildees
transferidos e Q eacute o quociente entre os produtos das atividades de produtos e reagentes na reaccedilatildeo
No caso da pele humana existem pequenas quantidades de NaCl (01-04) desta forma o aniatildeo
cloreto presente iraacute reagir com a prata do eleacutetrodo dando origem a uma diferenccedila de potencial
relacionado com a concentraccedilatildeo de cloreto [3] Portanto as trocas ioacutenicas que ocorrem na pele na
presenccedila deste eleacutetrodo satildeo representadas na ( 3
119860119892 + 119862119897minus 119860119892119862119897 + 119890minus ( 3 )
Este tipo de eleacutetrodos satildeo os mais utilizados hoje em dia na clinica
e satildeo fabricados como o nome o indica em prata agrave qual eacute aplicado um
revestimento de cloreto de prata Trata-se de um metal bem tolerado
pelo organismo humano que permite a obtenccedilatildeo de bons resultados
uma vez que aleacutem disso estes apresentam niacuteveis de ruido reduzidos e
natildeo satildeo facilmente polarizaacuteveis [3] no entanto a sua utilizaccedilatildeo exige
uma preparaccedilatildeo preacutevia da pele e a aplicaccedilatildeo de uma pasta condutora
(gel) que por vezes eacute desconfortaacutevel para o paciente sendo suscetiacutevel
de causar alergias e tornando o processo mais demorado uma vez que
a preparaccedilatildeolimpeza dos eleacutetrodos requer alguns cuidados e deve ser executada por um teacutecnico
Surgiu entatildeo a motivaccedilatildeo para criar novos eleacutetrodos secos que ultrapassassem estas dificuldades
dispensando a utilizaccedilatildeo do gel e a preparaccedilatildeo da pele todavia uma vez que o contacto liacutequido estaacute
ausente a impedacircncia interfacial eacute consideravelmente mais elevada (1 M contra 10-20 k)
refletindo-se numa maior sensibilidade ao movimento e de maneira geral na presenccedila de um maior
niacutevel de ruiacutedo o que exige preacute-amplificaccedilatildeo integrada Os custos associados agrave produccedilatildeo deste tipo de
eleacutetrodo satildeo tambeacutem mais elevados do que no caso dos eleacutetrodos convencionais
De modo a resolver estes problemas foi desenvolvido um novo
tipo de bioeleacutetrodo (Figura 2) [15] o qual tem a capacidade de
manter huacutemido o ponto de contacto com a pele evitando contudo
a utilizaccedilatildeo de pastas condutoras Este efeito foi conseguido usando
o princiacutepio da caneta de feltro o contacto com o escalpe eacute efetuado
a partir de vaacuterios pinos fabricados a partir de um poliacutemero poroso
acoplado a um pequeno reservatoacuterio com uma soluccedilatildeo hidratante os
pinos forneceratildeo entatildeo de forma controlada pelos efeitos
combinados da capilaridade e gravidade a soluccedilatildeo hidratante ao
ponto de contacto com o escalpe A sua forma oferece tambeacutem
muacuteltiplos pontos de contacto de modo a minimizar o ruiacutedo e obter
melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
O desenvolvimento destes eleacutetrodos compreenderaacute varias fases a primeira fase a implementar
seraacute a fabricaccedilatildeo da superfiacutecie porosa atraveacutes da compressatildeo de poacutes de policarbonato (PC) de seguida
seraacute feita a montagem dos diferentes componentes do eleacutetrodo nomeadamente a esponja o frio de
prata e o tubo de policloreto de polivinilo (PVC) que funcionaraacute como reservatoacuterio Finalmente seratildeo
preparadas e testadas vaacuterias soluccedilotildees com os mesmos componentes em diferentes concentraccedilotildees de
modo a concluir qual soluccedilatildeo fornece uma melhor hidrataccedilatildeo da pele otimizando assim os resultados
Figura 1 Eleacutetrodo de superfiacutecie comercial (Eleacutetrodo de controlo)
Figura 2 Corte transversal do bioeleacutetrodo de superfiacutecie em estudo com reservatoacuterio
para a soluccedilatildeo hidratante
5
5
6
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7
7
Capiacutetulo 2 Enquadramento teoacuterico
Enquadramento teoacuterico
A EEG eacute um registo associado a uma teacutecnica cliacutenica que se baseia na aquisiccedilatildeo dos sinais produzidos
no coacutertex cerebral A obtenccedilatildeo dos mesmos eacute possiacutevel uma vez que aiacute existem ceacutelulas excitaacuteveis
capazes de conduzir os impulsos nervosos os neuroacutenios Estes impulsos geram correntes eleacutetricas
atraveacutes do corpo da ceacutelula ateacute uma zona chamada zona de disparo Neste local as correntes dirigem-
se ao espaccedilo extracelular provocando uma diferenccedila de potencial que desencadearaacute um novo estiacutemulo
na proacutexima ceacutelula e que contribuiraacute para a produccedilatildeo dos referidos sinais
21 Sistema nervoso
O sistema nervoso eacute responsaacutevel pela maioria das funccedilotildees de controlo no organismo coordenando
e regulando as atividades corporais Isto eacute feito atraveacutes da interpretaccedilatildeo e resposta a estiacutemulos Este
sistema eacute convencionalmente dividido em duas categorias o sistema nervoso central (SNC) que se
verifica tratar do desenvolvimento das respostas aos estiacutemulos e o sistema nervoso perifeacuterico (SNP)
o responsaacutevel pela conduccedilatildeo do estiacutemulo nervoso No caso do SNC podem distinguir-se vaacuterios oacutergatildeos
o enceacutefalo (constituiacutedo pelo ceacuterebro cerebelo e tronco encefaacutelico) e a espinal medula Jaacute no caso do
SNP esta divisatildeo eacute feita atraveacutes da distinccedilatildeo entre nervos cranianos ou espinhais [16] Os nervos satildeo
essencialmente um conjunto de axoacutenios e dendrites de vaacuterios neuroacutenios
Os neurocircnios que datildeo origem aos nervos satildeo ceacutelulas com capacidade excitatoacuteria capazes de
transmitir sinais nervosos Contudo as ceacutelulas da glia tambeacutem presentes no sistema nervoso
sobretudo nos nervos satildeo as principais responsaacuteveis pela propagaccedilatildeo orientada do estiacutemulo uma vez
que ao recobrirem o axoacutenio criam circuitos neuronais independentes [16]
Os axoacutenios transmitem pulsos eleacutetricos devido agrave presenccedila de canais ioacutenicos que abrem e fecham
de modo a controlar as concentraccedilotildees dos diferentes iotildees nos meios interno e externo da ceacutelula
8
8
211 Propagaccedilatildeo do sinal
Um impulso nervoso origina a transmissatildeo de um sinal codificado ao longo da membrana do
neuroacutenio Para compreender esta transmissatildeo dentro do proacuteprio neuroacutenio eacute necessaacuterio conhecer o
conceito de potenciais de repouso e de accedilatildeo
N as fases em que se verifica existir potenciais de repouso os iotildees de soacutedio entram para a ceacutelula
atraveacutes de transporte passivo uma vez que a concentraccedilatildeo destes eacute menor no interior da ceacutelula (a
favor do gradiente de concentraccedilatildeo) Posteriormente daacute-se a sua expulsatildeo de forma ativa ao mesmo
tempo que entram iotildees de potaacutessio ativamente Finalmente os iotildees de potaacutessio voltam passivamente
ao exterior da membrana outorgando agrave ceacutelula uma carga positiva Diz-se entatildeo que esta se encontra
polarizada Nas ceacutelulas nervosas o potencial de membrana ronda os -90mV [6]
Os potenciais de accedilatildeo satildeo os responsaacuteveis pela propagaccedilatildeo do estiacutemulo nervoso contudo a sua
duraccedilatildeo natildeo ultrapassa alguns milissegundos (ver a Figura 3) Esta propagaccedilatildeo ocorre quando o
potencial de membrana que se encontra nos -90mV passa a ocupar valores de -50 a -70mV devido a
uma perturbaccedilatildeo externa de modo a responder a esta situaccedilatildeo ocorre a passagem por difusatildeo dos
iotildees de soacutedio para o interior da ceacutelula resultando na alteraccedilatildeo dos potenciais ateacute entatildeo negativos
para valores que podem chegar a +35mV De seguida a ceacutelula expulsa ativamente o soacutedio alterando
assim o potencial para aproximadamente -95mV Daacute-se entatildeo a repolarizaccedilatildeo atraveacutes da bomba de
Na+K+ ou seja a ceacutelula volta agraves condiccedilotildees iniciais [6]
Apoacutes um sinal ser transportando atraveacutes de um neuroacutenio eacute necessaacuterio que este seja comunicado
ao neuroacutenio seguinte de modo a manter a transmissatildeo do impulso Esta transferecircncia daacute-se em locais
especiacuteficos e pode ser feita eletricamente (atraveacutes de iotildees) ou quimicamente (atraveacutes de uma fenda
sinaacuteptica onde um neurotransmissor eacute libertado e se liga a recetores especiacuteficos do neuroacutenio poacutes-
sinaacuteptico) [6][16]
Figura 3 Representaccedilatildeo do fluxo ioacutenico durante o potencial de accedilatildeo (Adaptado de [16])
9
9
22 Aquisiccedilatildeo do sinal
Eacute impossiacutevel medir a atividade eleacutetrica gerada por um uacutenico neuroacutenio contudo a aquisiccedilatildeo do
sinal electroencefalograacutefico soacute eacute possiacutevel graccedilas agrave emissatildeo parcialmente sincronizada do impulso
nervoso numa parte significativa do coacutertex cerebral Deste modo o EEG reflete o somatoacuterio da
atividade siacutencrona de milhares de neuroacutenios com uma orientaccedilatildeo espacial semelhante assessorando
assim a aquisiccedilatildeo de um sinal reprodutiacutevel e mensuraacutevel que possibilita uma interpretaccedilatildeo fidedigna
[16]
Esta teacutecnica permite o registo da atividade eleacutetrica do ceacuterebro Eacute um procedimento raacutepido
simples e indolor no qual os impulsos eleacutetricos do ceacuterebro satildeo amplificados e registrados em papel
atraveacutes de um galvanoacutemetro ou em formato digital O seu interesse prende-se natildeo soacute com os baixos
custos da teacutecnica como tambeacutem com a obtenccedilatildeo em tempo real destes sinais de modo a conseguir
diagnosticar eventuais anomalias
A EEG quando comparada com outras teacutecnicas como por exemplo o eletrocardiograma (ECG)
apresenta uma maior dificuldade na obtenccedilatildeo dos dados uma vez que a tensatildeo a captar eacute de muito
menor amplitude os sinais por vezes encontram-se na regiatildeo do ruiacutedo eleacutetrico e aleacutem disso os
amplificadores comuns natildeo fornecem uma banda de funcionamento que consiga amplificar o sinal de
forma eficaz o que exige a utilizaccedilatildeo de amplificadores especialmente desenhados [6] Contudo
estas limitaccedilotildees natildeo impediram o avanccedilo desta tecnologia Ao longo do tempo as teacutecnicas de obtenccedilatildeo
dos dados foram-se aprimorando tendo chegado na fase de maturidade agrave arquitetura ilustrada na
Figura 4 em que a saiacuteda eacute representada em papel desenhada por canetas conduzidas por mecanismos
controlados por galvanoacutemetros Hoje em dia os sistemas evoluiacuteram sobretudo na parte final atraveacutes
da digitalizaccedilatildeo dos sinais filtrados e seu armazenamento num dispositivo digital Desta forma torna-
se muito mais flexiacutevel a fase de visualizaccedilatildeo dos sinais que eacute feita em monitores graacuteficos de
computador bem como a fase de armazenamento e arquivo e criaccedilatildeo de fichas de exame A
digitalizaccedilatildeo permite o processamento digital dos sinais a fim principalmente de os caracterizar do
ponto de vista morfoloacutegico e assim contribuir para a classificaccedilatildeo do ponto de vista cliacutenico
Figura 4 Diagrama de blocos representativo de um sistema para aquisiccedilatildeo de sinais
eletroencefalograacuteficos
A EEG eacute realizada atraveacutes da colocaccedilatildeo de eleacutetrodos no couro cabeludo obedecendo o
posicionamento dos mesmos a regras especiacuteficas pois a sua localizaccedilatildeo influencia os sinais captados
10
10
De modo a facilitar a comparaccedilatildeo dos resultados eacute habitualmente utilizado um sistema se
colocaccedilatildeo padratildeo chamado 10-20 (Figura 5) Segundo este padratildeo os locais onde os eleacutetrodos satildeo
colocados satildeo denominados por letras de acordo com as aacutereas cerebrais adjacentes seguidas de um
nuacutemero impar se o eleacutetrodo se encontrar no lado esquerdo da cabeccedila ou par se for no lado direito
[6]
Apoacutes a obtenccedilatildeo do sinal contiacutenuo de EEG eacute
possiacutevel distinguir vaacuterios tipos de ondas de acordo
com a sua amplitude e frequecircncia A amplitude das
ondas pode ir ateacute aos 200 μV e a frequecircncia ateacute 30Hz
A Figura 6 representa os diferentes tipos de ondas
As ondas delta satildeo ondas da mais baixa frequecircncia
e amplitudes elevadas que ocorrem em momentos do
sono profundo por outro lado as ondas teta
encontram-se na gama de frequecircncias de 4-7 Hz
contudo
continuam a apresentar grandes amplitudes e ocorrem
em estaacutegios de meditaccedilatildeo e relaxamento profundo as
ondas alfa apresentam por sua vez amplitudes meacutedias
e frequecircncias compreendidas entre os 8 e os 13 Hz
correspondendo a estados mentais relaxados no sono
Finalmente as ondas beta satildeo as de mais elevada
frequecircncia (gt13 Hz) com amplitudes de cerca de 10 μV
e ocorrem quando existe um estimulo visual ou no estado
normal de vigiacutelia [6]
221 Eleacutetrodos
Os eleacutetrodos constituem a interface entre o escalpe e o equipamento de mediccedilatildeo No caso de um
eleacutetrodo huacutemido quando a parte metaacutelica entra em contacto com o eletroacutelito tem lugar um processo
de oxidaccedilatildeoreduccedilatildeo de iotildeesaacutetomos que daacute lugar ao aparecimento de um potencial caracteriacutestico
As propriedades fiacutesico-quiacutemicas tanto do eleacutetrodo como do eletroacutelito afetam o valor do potencial
Quando eleacutetrodos idecircnticos satildeo submersos num eletroacutelito homogeacuteneo ambos assumem o mesmo
potencial com respeito ao eletroacutelito Contudo eleacutetrodos diferentes colocados nas mesmas condiccedilotildees
apresentam potenciais diferentes [6] Deste modo eacute sensato concluir que a amplitude do potencial
depende do material de que o eleacutetrodo eacute feito Por esse motivo os eleacutetrodos utilizados na cliacutenica satildeo
comumente produzidos com prata e cloreto de prata uma vez apresentam uma resistecircncia agrave passagem
Figura 5 Sistema internacional 10-20 para
a colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos em EEG
(Adaptado de [17])
Figura 6 Representaccedilatildeo das ondas eletroencefalograacuteficas registadas durante um
exame de EEG [5]
11
11
de corrente natildeo elevada e os seus niacuteveis de impedacircncia satildeo estaacuteveis ao longo de uma ampla gama de
frequecircncias
Contudo o material natildeo eacute o uacutenico paracircmetro que varia para escolher um eleacutetrodo Dependendo
das necessidades existem tambeacutem variedades morfoloacutegicas como os eleacutetrodos invasivos e os natildeo-
invasivos
2211 Eleacutetrodos invasivos
Dentro dos eleacutetrodos invasivos (intracranianos) os mais utilizados satildeo os eleacutetrodos profundos
intracerebrais e os subdurais [13] Os primeiros consistem em eleacutetrodos em forma de agulha feitos
de material flexiacutevel com muacuteltiplos pontos de contacto para registo Satildeo ideais para o registo de
atividade em aacutereas distantes da superfiacutecie Proporcionam ainda um registo preciso da regiatildeo
volumeacutetrica adjacente a cada ponto de registo no entanto a extensatildeo da dita aacuterea eacute limitada [18]
Portanto o uso deste tipo de eleacutetrodos eacute ideal apoacutes os resultados dos exames natildeo-invasivos sugerirem
um ldquoalvordquo provaacutevel Os eleacutetrodos subdurais que podem ser do tipo placa ou tira de silicone com
muacuteltiplos contatos de registo satildeo ideais para o registo de aacutereas extensas do coacutertex [14] Contudo os
eleacutetrodos subdurais podem natildeo registar adequadamente alteraccedilotildees localizadas em profundidade
Este tipo de eleacutetrodos deve apresentar dimensotildees reduzidas de modo a que o dano provocado no
tecido cerebral seja miacutenimo Devem tambeacutem apresentar locais de aplicaccedilatildeo suficientes para recolher
potenciais de muitos neuroacutenios simultaneamente No entanto devido agrave sua natureza altamente
invasiva soacute satildeo usados em casos especiais em que o seu uso pode trazer grandes benefiacutecios para o
paciente
2212 Eleacutetrodos natildeo invasivos
O foco deste estudo centra-se nos eleacutetrodos natildeo invasivos eleacutetrodos colocados na superfiacutecie do
escalpe O contacto entre o eleacutetrodo e a pele eacute facilitado (impedacircncia reduzida) pela utilizaccedilatildeo de
gel e se for esse o caso estaacute-se perante o caso dos eleacutetrodos huacutemidos Contudo a aplicaccedilatildeo deste
gel requer uma preparaccedilatildeo preacutevia da pele que por vezes pode ser demorada suscetiacutevel de
desencadear reaccedilotildees aleacutergicas e desconfortaacutevel para o paciente [3] Surgiu entatildeo a alternativa dos
eleacutetrodos secos eleacutetrodos capazes de aquirir sinais que dispensam a utilizaccedilatildeo de soluccedilotildees todavia
como resultado da ausecircncia do gel ou pasta condutora a impedacircncia interfacial eacute muito mais elevada
tornando indispensaacutevel a integraccedilatildeo de um andar de preacute-amplificaccedilatildeo no eleacutetrodo
Procurando contornar as dificuldades de cada teacutecnica optou-se pelo desenvolvimento de um
bioeleacutetrodo inovador que dispensa a utilizaccedilatildeo de gel mas que apesar disso manteacutem um bom contacto
com a pele humidificando-a
Entre os materiais disponiacuteveis para a fabricaccedilatildeo de eleacutetrodos encontram-se o accedilo inoxidaacutevel o
ouro (Au) o oacutexido de iriacutedio (IrO2)) a prata (Ag) etc [14] tendo-se optado por utilizar um fio de
prata revestido com uma fina camada de cloreto de prata uma vez que os eleacutetrodos fabricados com
12
12
este material apresentam niacuteveis de ruiacutedo reduzidos grande estabilidade do potencial eleacutetrico na gama
de frequecircncias utilizada e uma impedacircncia interfacial baixa [14][19]
23 Interface do eleacutetrodo com a pele
A pele eacute um oacutergatildeo que cobre e protege o corpo e que se observa estar organizado em muacuteltiplas
camadas Eacute composta de trecircs camadas principais a epiderme a derme e a hipoderme cada uma
delas com carateriacutesticas estruturais especiacuteficas que levam a diferentes niacuteveis de condutividade
eleacutetrica e que podem ser representados atraveacutes de modelos baseados em componentes eleacutetricos
baacutesicos [14] Podemos entatildeo do ponto de vista eleacutetrico simular os tecidos bioloacutegicos a partir de um
circuito eleacutetrico formado por resistecircncias e condensadores dispostos em redes com seacuteries e paralelos
agindo estes como condutores ou dieleacutetricos nos quais o fluxo de corrente seguiraacute o caminho de
menor oposiccedilatildeo (Figura 7) Um exemplo ilustrativo desta situaccedilatildeo estaacute representado para o stratum
corneum a camada mais perifeacuterica da epiderme como este tecido eacute relativamente pouco condutor
apresenta uma elevada impedacircncia agrave transmissatildeo das correntes eleacutetricas [20] Assim devido agraves suas
propriedades dieleacutetricas a sua pequena espessura e o seu posicionamento entre o eleacutetrodo condutor
exterior e os tecidos subjacentes mais condutores eacute possiacutevel a sua representaccedilatildeo por meio de um
condensador de placas paralelas
Figura 7 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da interface com a pele e
o seu modelo de circuito eletroacutenico equivalente Adaptado de [14]
O valor da capacidade eleacutetrica da pele estaacute relacionado com a espessura e composiccedilatildeo da camada
coacuternea e tem um valor tiacutepico no intervalo 002-006 microFcm2 [14]
Por outro lado uma vez que alguns iotildees conseguem atravessar o stratum corneum atraveacutes dos
elementos da pele (foliacuteculos do cabelo suor canais das glacircndulas sebaacuteceas imperfeiccedilotildees da pele)
isso pode ser representado coletivamente por uma resistecircncia que seraacute colocada em paralelo com o
condensador Como as camadas subjacentes agrave epiderme satildeo relativamente condutoras representam-
se por uma resistecircncia em seacuterie adicional A presenccedila de uma elevada densidade de foliacuteculos pilosos
(que atuam como derivaccedilotildees de baixa resistecircncia) daacute origem a um valor muito baixo na resistecircncia da
13
13
pele No entanto esta observaccedilatildeo eacute contrabalanccedilada pela dificuldade em fazer contato mecacircnico e
eleacutetrico firme Em tais casos a impedacircncia da pele eacute muito elevada e por vezes eacute necessaacuterio recorrer
agrave remoccedilatildeo dos pelos antes de realizar o exame [14]
231 Hidrataccedilatildeo da pele
O processo de hidrataccedilatildeo da pele humana acontece por duas vias a interna e a externa [21] No
caso da via interna isto acontece quando os queratinoacutecitos migram atraveacutes da derme e sofrem
alteraccedilotildees significativas uma vez que paralelamente a esse processo satildeo libertados liacutepidos e o fator
de hidrataccedilatildeo natural da pele (NMF - Natural moisturizer factor) No caso dos liacutepidos estes formam
uma barreira para a perda de aacutegua e ajudam a reter a hidrataccedilatildeo natural da pele Jaacute no caso da
hidrataccedilatildeo por via externa esta acontece quando introduzimos na pele substacircncias cosmeacuteticas e
farmacecircuticas com capacidades de humedecer as camadas externas da pele para isso na produccedilatildeo
destas substacircncias satildeo utilizadas principalmente trecircs tipos de ingredientes (1) os humectantes que
Incluem a glicerina a ureia e o aacutecido carboxiacutelico da pirrolidona (PCA) que atuam atraindo a aacutegua das
camadas inferiores da derme e ajudando a manter essa aacutegua no estrato coacuterneo (2) os agentes oclusivos
que aumentam os niacuteveis de humidade proporcionando uma barreira fiacutesica para a perda de aacutegua (ceras
oacuteleos e silicones) (3) os emolientes que procuram restaurar os NMF [21]
2311 O gel para utilizaccedilatildeo com os eleacutetrodos
O gel utilizado nos eleacutetrodos serve para (1) assegurar um bom contacto eleacutetrico com a pele do
paciente (2) facilitar a transferecircncia de carga na interface eleacutetrodo-eletroacutelito e assim (3) diminuir
a impedacircncia do estrato coacuterneo [14]
Existem dois tipos de gel o gel huacutemido normalmente denominados como pasta creme ou
substacircncia gelatinosa e o hidrogel Os primeiros satildeo geralmente compostos por aacutegua um agente
espessante bactericidasfungicidas sais ioacutenicos e um surfatante O sal ioacutenico tem como finalidade
conferir condutividade eleacutetrica ao gel e diminuir a impedacircncia eleacutetrica da pele atraveacutes da sua difusatildeo
na mesma Normalmente os sais utilizados satildeo o cloreto de soacutedio (NaCl) ou de potaacutessio (KCl) uma vez
que a maior parte dos iotildees presentes na superfiacutecie da pele humana satildeo o cloreto o soacutedio e o potaacutessio
permitindo assim que elevadas concentraccedilotildees destes sais sejam melhor toleradas pelo corpo
[14][18][22] Por outro lado o hidrogel eacute um gel soacutelido que incorpora hidrocoloacuteides naturais no
entanto a utilizaccedilatildeo destes agentes naturais por vezes provoca desempenhos variaacuteveis e cores pouco
atrativas levando assim agrave utilizaccedilatildeo de hidrocoloacuteides artificiais de modo a eliminar variabilidades
indesejadas
O hidrogel tecircm tendecircncia a causar menos irritaccedilotildees na pele quando comparado com o gel huacutemido
porque o hidrogel limita-se a garantir um bom contato eleacutetrico entre a pele e o eleacutetrodo sem afetar
as propriedades do stratum corneum [14]
14
14
O hidrogel eacute eletricamente mais resistivo do que o gel no entanto esta desvantagem eacute
compensada tanto pela utilizaccedilatildeo de maiores aacutereas com hidrogel como tambeacutem pela diminuiccedilatildeo da
espessura da camada do mesmo Contudo isto natildeo eacute suficiente uma vez que o hidrogel natildeo eacute tatildeo
eficaz na hidrataccedilatildeo da pele (tem tendecircncia a absorver humidade) dando assim como resultado um
aumento na impedacircncia da pele [14]
24 Teacutecnicas de revestimento da prata com cloreto de prata
Finas camadas de um determinado metal depositado sobre um substrato desemprenham
muitas vezes uma funccedilatildeo essencial em muitos dispositivos como por exemplo nos circuitos integrados
No caso dos eleacutetrodos eacute necessaacuterio revestir os fios de prata com finas camadas de cloreto de prata
com o intuito de auxiliar a concretizaccedilatildeo das trocas ioacutenicas referidas no capiacutetulo 1 equaccedilatildeo (1) de
modo a ter-se uma transduccedilatildeo do sinal ioacutenico num sinal eleacutetrico de forma eficaz e reversiacutevel Estas
camadas devem apresentar caracteriacutesticas rigorosamente controladas A espessura a estrutura
atoacutemica e a composiccedilatildeo quiacutemica devem ser uniformes [14][18] Eacute tambeacutem importante que exista
pouca ou nenhuma contaminaccedilatildeo por outras partiacuteculas
As propriedades dos filmes satildeo altamente dependentes dos processos de deposiccedilatildeo Estes
devem ter boa aderecircncia e prover uma boa cobertura Deste modo para a preparaccedilatildeo da prata para
eleacutetrodos a teacutecnica a utilizar deve ser a deposiccedilatildeo eletroquiacutemica atraveacutes de um processo que envolve
a deposiccedilatildeo de um material soacutelido por meio de uma reaccedilatildeo quiacutemica com ou sem recurso a energia
externa Neste caso os substratos de prata satildeo submersos numa soluccedilatildeo contendo um agente oxidante
(por exemplo cloreto feacuterrico) produzindo assim uma fina camada de cloreto de prata ( ( 4)
Ag + + FCl3 FeCl2 + Ag ( 4 )
Em geral a deposiccedilatildeo por electroless plating de um metal envolve a deposiccedilatildeo de um
revestimento metaacutelico a partir dos seus iotildees presentes num banho aquoso sobre uma superfiacutecie atraveacutes
de uma reaccedilatildeo de reduccedilatildeo quiacutemica controlada que eacute ativada pelo metal que estaacute a ser depositado
(reduzido) [23] Os revestimentos obtidos atraveacutes da implementaccedilatildeo desta teacutecnica satildeo geralmente
uniformes duros com elevadas resistecircncias agrave corrosatildeo e ao desgaste e apresentam baixo coeficiente
de fricccedilatildeo [24][25]
Existe contudo uma enorme variedade de meacutetodos eletroquiacutemicos que permitem a
oxidaccedilatildeodeposiccedilatildeo de finas camadas de cloreto de prata tais como a deposiccedilatildeo assistida por plasma
ou por feixes de iotildees o sputtering a deposiccedilatildeo quiacutemica e a deposiccedilatildeo fiacutesica em fase de vapor etc
[25] Todavia a execuccedilatildeo destes processos envolve a utilizaccedilatildeo de equipamentos altamente
especializados em ambiente de vaacutecuo vaacuterias soluccedilotildees e um campo eleacutetrico de modo a possibilitar a
transformaccedilatildeo de energia quiacutemica em energia eleacutetrica e vice-versa Finalmente um meacutetodo tambeacutem
bastante usado eacute a sinterizaccedilatildeo de poacute de cloreto de prata sobre o substrato metaacutelico dando origem
a um revestimento espesso e poroso
15
15
25 Novo conceito de eleacutetrodo
O desenvolvimento do novo tipo de bioeleacutetrodo busca
colmatar as lacunas presentes nos eleacutetrodos disponiacuteveis
comercialmente (dos tipos huacutemido e seco) Tentando manter as
melhores carateriacutesticas de cada tipo de eleacutetrodo Para isso eacute
necessaacuterio desenvolver o eleacutetrodo com materiais condutores que
possibilitem as trocas ioacutenicas e aleacutem disso tenha a capacidade
de manter huacutemido o ponto de contacto com a pele de forma a
diminuir a impedacircncia na interface mas sem usar pastas ou gel
que sujam a pele
A hidrataccedilatildeo da pele por via externa nos ensaios a
realizar eacute feita atraveacutes da aplicaccedilatildeo de diferentes soluccedilotildees
hidratantes que se encontram embebidas numa esponja num
reservatoacuterio existente no eleacutetrodo (Figura 8) Estas soluccedilotildees tecircm a capacidade de migrar atraveacutes do
eleacutetrodo atraveacutes do efeito de capilaridade e gravidade uma vez que a base do eleacutetrodo eacute feita de
policarbonato com porosidade aberta adequada ao fenoacutemeno da capilaridade
O desenvolvimento deste bioeleacutetrodo inovador possibilita tambeacutem uma colocaccedilatildeo raacutepida
coacutemoda e segura Uma vez que estes passam a ser colocados com uma touca
Finalmente eacute tambeacutem importante referir que a forma do eleacutetrodo em multipino permitiraacute
numerosos pontos de contacto de modo a minimizar a impedacircncia do mesmo contribuindo para a
obtenccedilatildeo de melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
26 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
O ruiacutedo eacute um sinal interferente de natureza aleatoacuteria que provoca a degradaccedilatildeo de sinal
durante o seu processamento Em eletroacutenica diz respeito a quaisquer correntes ou tensotildees indesejadas
que mascaram o sinal que realmente interessa
Nos dispositivos e circuitos eletroacutenicos existem inuacutemeras fontes de ruiacutedo dai a importacircncia
na sua caraterizaccedilatildeo
Um tipo importante de ruiacutedo eacute o ruiacutedo de Johnson-Nyquist presente nos portadores de carga
e em todos os elementos com resistecircncia eleacutetrica Este tipo de ruiacutedo eacute caraterizado por uma densidade
espectral de potecircncia (do inglecircs power spectral density - PSD) uniforme e forma de onda gaussiana
[26]
O ruiacutedo de Johnson-Nyquist eacute comumente chamado ruiacutedo teacutermico e a sua tensatildeo eficaz pode
ser calculado atraveacutes da ( 5 para uma resistecircncia eleacutetrica R
Vt= radic4∙k∙T∙B∙R=radic16times1020
∙B∙R ( 5 )
Figura 8 Eleacutetrodo de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios A representa o fio de prata B a soluccedilatildeo condutora C a esponja do reservatoacuterio e D material de policarbonato de natureza porosa onde se estabelece o contacto com a pele
16
16
onde k representa a constante de Boltzmann em JK T a temperatura da resistecircncia em K B
a banda equivalente de ruiacutedo e R o valor da resistecircncia em Ohm
Para o caacutelculo da banda equivalente de ruiacutedo considera-se que o sistema tem uma funccedilatildeo de
transferecircncia do tipo 1198810
119881119894frasl = 119860(119895119891) e estaacute sujeito a uma entrada de ruiacutedo de PSD 119878119881119894
Deste modo
obtemos que o valor meacutedio da tensatildeo de ruiacutedo na saiacuteda para um amplificador seraacute
1198811198990
2 = int 119878119881119894 |A(jf)|2 partfinfin
0
( 6 )
Sendo |119860(119895119891)| usualmente uma funccedilatildeo do tipo
Figura 9 Funccedilatildeo de um filtro passa-baixos |119912(119947119943)|
Uma vez que as regiotildees sombreadas satildeo iguais pode-se simplificar o caacutelculo atraveacutes da aacuterea
de um retacircngulo com a mesma aacuterea que o quadrado da funccedilatildeo de transferecircncia Temos entatildeo que a
banda equivalente eacute dada por
B=1
|A0|2int |A(jf)|2 partf
infin
0
( 7 )
Outro tipo de ruiacutedo presente nos equipamentos eletroacutenicos que eacute interessante estudar eacute o
ruiacutedo ldquoshotrdquo ou ruiacutedo de corrente (Ish) que como o nome indica estaacute associado agrave corrente DC que
flui atraveacutes de uma barreira de potencial e pode ser representado por
Ish= radic2∙q∙IDc∙B ( 8 )
Onde q representa a carga eletroacutenica em coulomb e IDC a corrente contiacutenua meacutedia em ampere
Finalmente outro tipo de ruiacutedo a estudar seraacute o ruiacutedo 1f ldquoflickerrdquo ou ruiacutedo de contacto (If)
que ocorre devido agraves diferenccedilas nos niacuteveis de energia eleacutetricos quando existe um contato imperfeito
entre dois materiais Este tipo de ruiacutedo pode ser calculado atraveacutes de
119868119891 = 119870 ∙ 119868119863119888 ∙ radic119861
radic119891 ( 9 )
Onde K eacute um valor constante que depende do material e da geometria
A baixas frequecircncias este ruiacutedo eacute chamado de ruiacutedo ldquo1frdquo devido agrave tendecircncia caracteriacutestica
de decrescimento com a frequecircncia Eacute importante notar que a magnitude do ruido ldquoflickerrdquo pode ser
17
17
muito grande para pequenas frequecircncias o que leva a que seja a forma de ruiacutedo predominante em
circuitos de baixa frequecircncia
Considerando o ruiacutedo total como adiccedilatildeo das contribuiccedilotildees dos vaacuterios tipos de ruiacutedo na
configuraccedilatildeo eleacutetrica adotada para um amplificador pode-se considerar que o ruiacutedo na entrada segue
a representaccedilatildeo da Figura 10 da qual eacute possiacutevel retirar que
1198681198992 =
1198811198991199052 minus 119881119899
2 minus 1198811199052
1198771199042 ( 10 )
Na praacutetica In pode ser calculado atraveacutes da PSD do ruiacutedo total obtido com uma resistecircncia
elevada de modo a que 1198811198990≫ 119860radic119881119899
2 ∙ 1198811199052 e que Vn eacute a PSD do sistema com a entrada em curto circuito
Figura 10 Circuito representativo dos componentes do ruiacutedo do amplificador na entrada segundo o modelo Vn-In
No corpo humano a captaccedilatildeo dos biopotenciais no escalpe estaacute sujeita agrave presenccedila de ruiacutedo
eleacutetrico intriacutenseco indesejado na interface eleacutetrodogelpele que faz com que o processo de deteccedilatildeo
e anaacutelise dos sinais bioloacutegicos reais seja mais complicado Eacute necessaacuterio por isso caracterizar e
conhecer a magnitude e origem destas flutuaccedilotildees de modo a caraterizar a qualidade dos eleacutetrodos
desenvolvidos
O ruiacutedo eleacutetrodo-pele pode estar ligado agrave interface entre o eleacutetrodo e o eletroacutelito ou entatildeo
agrave interface eletroacutelito-pele No primeiro caso esta situaccedilatildeo pode ser mensurada atraveacutes da colocaccedilatildeo
de eleacutetrodos do mesmo tipo um contra o outro Por outro lado o ruiacutedo produzido pela interface
eletroacutelito-pele deve ser mensurado de uma forma indireta atraveacutes do contacto direto entre o eleacutetrodo
e a pele Nesta situaccedilatildeo o ruiacutedo eacute tipicamente mais elevado do que o que se obteacutem na interface
eleacutetrodo-eletroacutelito [3] Uma vez que os resultados obtidos nestes ensaios dependem diretamente do
estado da pele eacute importante garantir um tratamento preacutevio adequado
18
18
261 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio do tempo RMS e Deriva do potencial
A raiz do valor quadraacutetico meacutedio RMS (do inglecircs root mean square) ou valor eficaz eacute uma
medida estatiacutestica da magnitude de uma quantidade variaacutevel que pode ser calculada atraveacutes da
expressatildeo
120600119877119872119878 = radic1
119873 sum120600119894
2
119873
119894=1
= radic1206001
2 + 12060022 + ⋯+ 120600119873
2
119873 ( 11 )
Nos sinais a estudar satildeo calculados os valores RMS da parte alternada do sinal em intervalos
de tempo sucessivos Destes valores eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees acerca da evoluccedilatildeo temporal do
sinal assim como a quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo
Por outro lado a deriva do potencial eacute calculada recorrendo agrave primeira derivada do sinal nos
diferentes pontos pela componente contiacutenua do sinal sendo portanto de natureza lenta Eacute possiacutevel
por isso analisar a deriva do potencial e o tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema atraveacutes do recurso desde
caacutelculo
262 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio das frequecircncias Densidade espectral
A densidade espectral de potecircncia PSD eacute definida pela transformada de Fourier da funccedilatildeo
de autocorrelaccedilatildeo (Rxx (120591)) de um processo estacionaacuterio ou seja
Teorema de Wiener-Khintchine 119878119909(119891) = F[Rxx(120591)]= int Rxx(120591)119890minus 1198952120587119891120591119889120591infin
minusinfin
( 12 )
Por outras palavras a PSD descreve a distribuiccedilatildeo da variacircncia de um processo aleatoacuterio no
domiacutenio da frequecircncia [27][28]
No Matlab esta estimaccedilatildeo eacute feita atraveacutes da funccedilatildeo pwelch jaacute implementada esta segue o
meacutetodo Welch para o caacutelculo da PSD Este meacutetodo eacute baseado no conceito de utilizaccedilatildeo de
periodogramas de estimaccedilatildeo espectral que satildeo o resultado da conversatildeo de um sinal no domiacutenio
temporal para o domiacutenio da frequecircncia [29] Para isso o meacutetodo Welch segue o fundamento do
meacutetodo Bartlett contudo permite a sobreposiccedilatildeo de segmentos [30]
O meacutetodo Bartlett consiste primeiramente na divisatildeo do segmento original de N amostras em
K segmentos de comprimento M Para cada segmento eacute obtido o periodograma calculado atraveacutes da
transformada discreta de Fourier de seguida eacute calculado o quadrado do resultado e dividido por M
Finalmente eacute feita a meacutedia do resultado dos periodogramas para todos os segmentos de K amostras
resultando num uacutenico vetor de potenciais em funccedilatildeo da frequecircncia Ou seja a reparticcedilatildeo da potecircncia
ao longo do espetro [28]
19
19
27 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo da impedacircncia
Um sistema eletroquiacutemico eacute aquele onde haacute a presenccedila de pelo menos uma fase condutora
eletroacutenica (eleacutetrodo) em contato direto com uma fase condutora ioacutenica (eletroacutelito) as quais originam
a interface eleacutetrodo-eletroacutelito onde se forma duma dupla camada eleacutetrica
A mediccedilatildeo da impedacircncia eletroquiacutemica em modo potenciostaacutetico eacute feita atraveacutes da
aplicaccedilatildeo de um sinal de potencial eleacutetrico sinusoidal 119881(119905) com cerca de 5 a 20 mV numa ceacutelula
eletroquiacutemica Satildeo medidas a resposta na forma de corrente eleacutetrica 119868(119905) e diferenccedila de fase entre
o sinal de potencial e o sinal da corrente [31] Ao medir a corrente alternada que atravessa a ceacutelula
eletroquiacutemica obtemos a impedacircncia Z da forma convencional 119885 = 119881119868 [32] Refira-se que a obtenccedilatildeo
da impedacircncia pode igualmente ser feita impondo uma perturbaccedilatildeo de corrente e medindo o
potencial A impedacircncia do eleacutetrodo reflete entatildeo a capacidade do eleacutetrodo para transferir carga a
determinada frequecircncia [32][33]
Deste modo tem-se se os valores da tensatildeo alternada V(t) e da intensidade I(t) forem
representados por
V(t)=V0∙ cos ωt
( 13 )
I(t)=I0∙ cos (ωt+φ) ( 14 )
No qual V0 representa a amplitude de pico do sinal 120596 a frequecircncia angular (120596 = 2120587119891) I0 a
amplitude do sinal de corrente e 120593 a diferenccedila de fase entre os dois sinais
Pela equaccedilatildeo de Euler
eiφ= cos φ +j sin φ ( 15 )
temos entatildeo que se φ=120596119905
V(t)= V0∙Re(ejωt) ( 16 )
representando essa tensatildeo alternada como uma parte real de uma grandeza complexa
temos que V(t) eacute equivalente a
V(t)=V0∙Re(119888119900119904120596119905 + 119895 ∙ 119904119894119899 120596119905) ( 17 )
Por outro lado atendendo agrave Equaccedilatildeo de Euler acima descrita a corrente eleacutetrica gerada
por um elemento de circuito em resposta a uma tensatildeo alternada pode ser escrita como
I(t)=I0∙Re(119890(120596119905+120593))
( 18 )
Deste modo a impedacircncia fica
Z(ω)=Z0∙ejφ
( 19 )
e aplicando a equaccedilatildeo de Euler
Z(ω)=Z ( cos φ + j sin φ ) ( 20 )
20
20
Obtemos uma equaccedilatildeo composta de uma parte real e uma parte imaginaacuteria possibilitando
assim a sua representaccedilatildeo num plano cartesiano onde a parte real corresponderaacute ao eixo das abcissas
e a parte imaginaria ao eixo das ordenadas (Diagrama de Nyquist)
Pode-se tambeacutem representar a impedacircncia como um vetor no plano complexo
Z (ω)=Re[Z(ω)]i +Im[Z(ω)]j ( 21 )
E se Z0 for o moacutedulo da impedacircncia a parte real de 119885(120596) escreve-se
Z=Z0∙ cos φ
( 22 )
sendo a parte imaginaacuteria representada por
Z=Z0∙ sin φ
( 23 )
que segundo a representaccedilatildeo de Fresnel corresponde a
Z(ω)=Z+ j Z
( 24 )
ou seja
1198850=|Z(ω)|=radicZ2+ Z
2 ( 25 )
e
tan φ = Z
Zfrasl ( 26 )
Os diagramas de Nyquist satildeo uacuteteis para reconhecer o tipo de processo envolvido Os diagramas
de Bode por outro lado mostram a dependecircncia direta do acircngulo de fase com a frequecircncia Este
uacuteltimo eacute particularmente interessante em escalas de frequecircncia muito diferentes uma vez que eacute
frequentemente representado atraveacutes da escala logariacutetmica portanto os resultados nos capiacutetulos
subsequentes seratildeo apresentados neste formato
21
21
A teacutecnica de Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica (do inglecircs Electrochemical
Impedance Spectroscopy - EIS) fornece uma visatildeo completa e detalhada das caracteriacutesticas eleacutetricas
da interface eleacutetrodo-eletroacutelito quando efetuada
numa gama suficientemente largada de frequecircncias
Na Figura 11 estaacute representado um esquema da
montagem experimental para mediccedilatildeo da
impedacircncia As reaccedilotildees eletroquiacutemicas satildeo em
essecircncia reaccedilotildees quiacutemicas em que ocorrem
transferecircncia de eletrotildees para um eleacutetrodo e como
regra ocorrem de acordo com princiacutepios quiacutemicos
gerais Haacute contudo certas caracteriacutesticas das
reaccedilotildees eletroquiacutemicas que satildeo uacutenicas Algumas
delas envolvem a transferecircncia de eletrotildees atraveacutes
de uma interface (reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo) o
que acarreta uma dependecircncia com as dimensotildees e
aacuterea do eleacutetrodo assim como tambeacutem das
propriedades da interface com o eleacutetrodo
Eacute habitual que os eleacutetrodos de AgAgCl apresentem potenciais relativamente baixos e
estaacuteveis Portanto a deposiccedilatildeo da camada de AgCl estabilizaraacute o potencial do eleacutetrodo e reduziraacute os
niacuteveis de impedacircncia Eacute de salientar que impedacircncias aceitaacuteveis para os eleacutetrodos de superfiacutecie devem
encontrar-se abaixo dos 5 k uma vez que quanto maior a impedacircncia maior seraacute a resistecircncia do
eleacutetrodo agrave passagem de corrente No entanto valores de 10 k ou mesmo 40 K ainda satildeo
considerados aceitaacuteveis dependendo dos autores [34][35]
Figura 11 Esquema representativo do ensaio potenciostaacutetico para mediccedilatildeo da impedacircncia
22
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Capiacutetulo 3 Materiais e meacutetodos
Materiais e meacutetodos
31 Preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes
Na preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes dissolveu-se cloreto de soacutedio (NaCl) em aacutegua
adicionando de seguida um tensioativo (tweencopy-80) e um humectante (propilenoglicol) As
concentraccedilotildees destes componentes variaram nas 3 soluccedilotildees conforme referido na Tabela 2 Conveacutem
referir que cada componente foi dissolvido em constante e contiacutenua agitaccedilatildeo numa placa de
agitaccedilatildeo tendo-se misturado primeiro o propilenogicol com o tweencopy e soacute depois com os restantes
compostos
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas
COMPONENTE INFORMACcedilAtildeO DO COMPONENTE SOLUCcedilAtildeO
1 2 3
NaCl (mV) VWR-BDH Prolabo Lote 27810295
09 09 09
Tweencopy-80 (VV) Acofarma
Lote 130287 3 3 5
Propilenoglicol(VV) Acofarma
Lote 131337 10 30 30
Aacutegua (VV) - qbp 100 qbp 100 qbp 100
A biocompatibilidade das mateacuterias-primas empregues para a obtenccedilatildeo das soluccedilotildees torna este
novo conceito de eleacutetrodo uma alternativa promissora para utilizaccedilatildeo cliacutenica Esta biocompatibilidade
estaacute inversamente relacionada com a concentraccedilatildeo de cloretos de soacutedio ou seja quanto menor a
concentraccedilatildeo tanto maior a biocompatibilidade das soluccedilotildees Por esse motivo as soluccedilotildees
desenvolvidas contavam com pequenas concentraccedilotildees de sais de modo a ser o mais semelhante
possiacutevel aos componentes ioacutenicos da proacutepria pele humana
24
24
32 Produccedilatildeo dos novos eleacutetrodos
321 Produccedilatildeo da estrutura porosa de policarbonato
A produccedilatildeo da estrutura porosa (wicks) foi realizada atraveacutes da sinterizaccedilatildeo de poacutes de
policarbonato (PC)
No que diz respeito ao processo de fabrico propriamente
dito o primeiro passo consistiu na moagem da mateacuteria-prima
(policarbonato) de seguida estas partiacuteculas foram sinterizadas
atraveacutes de um equipamento designado por cilindro de sinterizaccedilatildeo
Este cilindro foi aquecido a uma temperatura de asymp170degC e atingida
esta gama de temperaturas colocaram-se as partiacuteculas no molde
ldquoWickrdquo com as dimensotildees apresentadas na Figura 12 que se
encontrava dentro do cilindro central Procedeu-se
imediatamente ao encaixe do pistatildeo no cilindro central Para
finalizar mergulhou-se em aacutegua fria o cilindro central contendo o
molde deixando de seguida secar agrave temperatura ambiente [36]
322 Preparaccedilatildeo dos eleacutetrodos de pratacloreto de prata
Para a deposiccedilatildeo da camada de cloreto de prata nos fios de prata recorreu-se a uma teacutecnica
de deposiccedilatildeo quiacutemica Para isso os fios de prata (Ag) (diacircmetro = 250 miacutecron 9999 Goodfellow
Cambridge) foram oxidados com uma soluccedilatildeo de cloreto de ferro (III) (MERCK Lote 7705-08-0) apoacutes
um preacute-tratamento que permitiu a remoccedilatildeo de impurezas e sujidades presentes na superfiacutecie dos fios
Este preacute-tratamento consistiu na limpeza da superfiacutecie dos fios com 2-propanol e posterior imersatildeo
dos mesmos numa tina de ultrassons com 2-propanol durante 10 minutos De seguida mergulharam-
se os fios de prata em aacutegua destilada de forma a remover todo o 2-propanol presente Finalmente
o processo de oxidaccedilatildeo consistiu em submergir os fios de prata numa soluccedilatildeo aquosa de FeCl3 50 mM
durante 2 minutos ao finalizar este periacuteodo foram armazenados durante 24h num recipiente revestido
com folha de alumiacutenio que possuiacutea uma soluccedilatildeo de HCl 01M para estabilizaccedilatildeo Os fios que natildeo foram
utilizados imediatamente foram armazenados num recipiente revestido com folha de alumiacutenio com
uma soluccedilatildeo de HCl 0005M O comprimento de cada fio de prata eacute aproximadamente de 8 cm
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato
25
25
323 Montagem dos eleacutetrodos
Apoacutes o fabrico da estrutura porosa e da preparaccedilatildeo dos
fios de prata procedeu-se agrave montagem dos eleacutetrodos para isso
cortaram-se pequenas porccedilotildees de uma esponja em poliuretano
com configuraccedilatildeo ciliacutendrica e um diacircmetro semelhante ao da
parte superior da estrutura porosa De seguida atravessou-se esta
esponja com o fio de prata e inseriu-se o conjunto ldquoesponja +
arame de pratardquo dentro de um orifiacutecio superior que a estrutura
porosa possui Finalmente incorporou-se esta estrutura dentro de
um tubo de PVC de modo a atingir a configuraccedilatildeo apresentada na
Figura 13
33 Preparaccedilatildeo dos ensaios
Antes do iniacutecio dos ensaios os eleacutetrodos foram previamente lavados com 2-propanol e
colocados na estufa de modo a evaporar os resiacuteduos do aacutelcool Posteriormente foi aplicada a soluccedilatildeo
hidratante que se pretendia estudar de modo a que a esponja ficasse completamente embebida Desta
forma por uma parte os novos eleacutetrodos em estudo foram testados recorrendo agraves soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 e por outra os eleacutetrodos que serviram como controlo (eleacutetrodo de AgAgCl
(BIO EASYCAP GmbH Alemanha)) utilizaram o gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) Foram tambeacutem utilizados eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) como referecircncia
Para os estudos eletroquiacutemicos incorporaram-se os eleacutetrodos numa montagem constituiacuteda por
um potenciostatogalvanostato Gamry G-300 (Gamry Instruments USA) De modo a diminuir o ruiacutedo
eletroacutenico os ensaios foram todos realizados dentro de uma Gaiola de Faraday Eacute importante referir
que uma vez o nosso sistema de aquisiccedilatildeo de dados era ldquoearth groundedrdquo seguiu-se a sugestatildeo da
bula do Gamry e optou-se unicamente por ligar o ldquofloating groundrdquo agrave gaiola
34 Condiccedilotildees dos ensaios
A primeira parte do trabalho foi desenvolvida laquoIn vitroraquo com eleacutetrodos multipino foi feito
entatildeo um estudo do ruido eletroquiacutemico entre eleacutetrodos do mesmo tipo nas diferentes soluccedilotildees
referidas na Tabela 2 De seguida realizou-se um estudo das impedacircncias dos novos eleacutetrodos nas
diferentes soluccedilotildees seguidos por um estudo de controlo realizado nas mesmas condiccedilotildees com o
eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente e o correspondente gel hidratante Estes ensaios foram
reproduzidos 3 vezes uma vez que em estudos anteriores jaacute se tinha verificado uma boa
reprodutibilidade dos ensaios
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios
26
26
Na segunda fase dos estudos realizou-se uma avaliaccedilatildeo do ruido da impedacircncia vs frequecircncia
laquoIn vivoraquo com as diferentes soluccedilotildees Estes ensaios foram realizados em 8 voluntaacuterios saudaacuteveis 6 do
sexo feminino e 2 do masculino Deste modo consegue-se escolher uma soluccedilatildeo para avanccedilar ao
estaacutegio seguinte que consistia na mediccedilatildeo e comparaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos obtidos tanto
com os eleacutetrodos de controlo como com os eleacutetrodos multipino porosos com a soluccedilatildeo hidratante mais
adequada Os resultados foram obtidos com a participaccedilatildeo de 2 voluntaacuterios saudaacuteveis de ambos sexos
341 Ensaios laquoIn vitroraquo
3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito
Nos ensaios de ruiacutedo eletroquiacutemico apenas foram utilizados eleacutetrodos multipino porosos
Fig14 (b) sendo um ligado ao terminal do eleacutetrodo de trabalho e o outro ao terminal do eleacutetrodo de
referecircncia A distacircncia entre os eleacutetrodos foi controlada durante o decorrer dos ensaios optando-se
por uma distacircncia de 3 cm entre os dois eleacutetrodos Foi tambeacutem realizada uma montagem de controlo
nas mesmas condiccedilotildees contudo esta era constituiacuteda por dois eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel
Electro-Cap International Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA)
Estabelecida a montagem do sistema eletroacutenico procedeu-se agrave mediccedilatildeo do ruiacutedo eleacutetrico em
circuito aberto para isso recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software ldquoESA410 Data Acquisitionrdquo da Gamry
um software projetado especificamente para a aquisiccedilatildeo e anaacutelise de sinais de ruiacutedo eletroquiacutemico
[37] Para aquisiccedilatildeo dos dados o ESA410trade associa-se ao potenciostato Gamry que faz aquisiccedilatildeo dos
dados em modo potenciostaacutetico a recolha dos dados eacute feita em circuito aberto O teste para cada
eleacutetrodo foi realizado ao longo de 12 minutos com uma taxa de amostragem constante de 1000 Hz
ao longo de todo o teste e um filtro de 10 A frequecircncia de amostragem foi escolhida tendo em conta
o Teorema de Nyquist que afirma que a frequecircncia de amostragem de um sinal analoacutegico para que
possa posteriormente ser reconstituiacutedo com o miacutenimo de perda de informaccedilatildeo deve ser igual ou maior
a duas vezes a maior frequecircncia do espectro desse sinal 119861 le119891119904
2 Por outras palavras a frequecircncia
maacutexima do sinal de entrada deveraacute ser menor ou igual a metade da taxa de amostragem [38] Para
que isto seja conseguido o sistema incorpora um filtro passa-baixo ldquoanti-aliasrdquo (deixa passar baixas
frequecircncias mas atenua as frequecircncias maiores do que a frequecircncia de Nyquist) [39]
3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito
Na montagem eletroacutenica dos ensaios de impedacircncia o contra eleacutetrodo era representado por
um eleacutetrodo comercial de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) o eleacutetrodo de trabalho um
eleacutetrodo poroso multipino (cada ensaio com as suas diferentes soluccedilotildees) e o eleacutetrodo de referecircncia
um eleacutetrodo de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) Fig14 (a) Optou-se tambeacutem pela
27
27
implementaccedilatildeo de um controlo com eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap International
Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap International Inc USA)
A obtenccedilatildeo dos dados eacute feita atraveacutes da teacutecnica de espectroscopia de impedacircncia
eletroquiacutemica em modo potenciostaacuteticordquo presente no software EIS300TM da Gamry neste modo de
funcionamento eacute aquirido um espectro de impedacircncia ao longo do intervalo de frequecircncias de 10 kHz
ateacute 01 Hz com uma tensatildeo AC aplicada (5 mV RMS) da tensatildeo de desvio DC (0 V vs circuito aberto)
e representados 3 pontos por deacutecada
(a) (b)
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo
342 Ensaios laquoIn vivoraquo
3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele
De modo a mensurar o ruiacutedo
causado pela interface entre o eletroacutelito e
a pele procedeu-se agrave montagem de um
sistema semelhante ao utilizado nos
ensaios do ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito dentro
de uma gaiola de Faraday contudo estes
ensaios foram realizados laquoIn vivoraquo
procedendo-se agrave colocaccedilatildeo dos dois
eleacutetrodos na zona anterior da tiacutebia com
um espaccedilo entre eles de 3 cm (Figura 15)
apoacutes a superfiacutecie da pele ter sido limpa
com etanol a 70
A montagem contava com um sistema de seguranccedila inserido em seacuterie no sistema de mediccedilatildeo
e que corta a corrente se esta for superior a 100 microA
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
28
28
A mediccedilatildeo do ruido foi feita tendo em conta o tipo de eleacutetrodo tendo-se para isso optado por
fazer as mediccedilotildees com eleacutetrodos do mesmo tipo ou seja num primeiro ensaio mensurou-se o ruido
entre 2 eleacutetrodos de pratacloreto de prata com o respetivo gel hidratante e numa segunda
abordagem optou-se por mensurar o ruido entre dois dos eleacutetrodos porosos com as diferentes soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 Contudo foi controlada a pressatildeo da banda que fixava os eleacutetrodos porosos
agrave tiacutebia sendo estipulado o valor da pressatildeo no intervalo de 15N a 2N
Neste ensaio o primeiro eleacutetrodo encontra-se ligado aos terminais dos eleacutetrodos de trabalho
o segundo ao terminal da referecircncia e o cabo do ground foi ligado agrave gaiola
Os paracircmetros dos ensaios foram os mesmos que os utilizados para a mediccedilatildeo do ruido
eleacutetrodo-eletroacutelito apresentados na secccedilatildeo 3411 contudo o tempo de aquisiccedilatildeo de sinal foi
reduzido a 5 minutos de modo a minorar o tempo de exposiccedilatildeo dos voluntaacuterios aos exames
3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele
laquoIn vivoraquo estes ensaios foram feitos logo
apoacutes a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico portanto a
superfiacutecie da pele se encontrava limpa e a
colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos obedecia agrave regra dos 3 cm
de distacircncia entre eleacutetrodos e 15-2N de pressatildeo
Para a mediccedilatildeo da impedacircncia eacute utilizada uma
configuraccedilatildeo diferente como referido no capitulo
33 Satildeo portanto utilizados 2 eleacutetrodos
comerciais de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH
Alemanha) um como referecircncia e outro como
contra eleacutetrodo e o eleacutetrodo em estudo
propiamente dito seja este o comercial (controlo)
ou o novo eleacutetrodo (Figura 16)
Os resultados obtidos para as diferentes
frequecircncias aleacutem de poderem ser representados
pelo diagrama de Nyquist como referido anteriormente podem tambeacutem ser representados num
Diagrama de Bode Neste diagrama a distribuiccedilatildeo dos valores de impedacircncia por vaacuterias ordens de
grandeza eacute representada em coordenadas polares (magnitude log|119885| em funccedilatildeo de log120596 )
3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos primariamente limpou-se a superfiacutecie do
escalpe com aacutelcool a 70 de modo a minimizar a camada gordurosa da pele De seguida procedeu-se
agrave colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos Foram colocados dois eleacutetrodos de AgAgCl (comerciais) um de forma a
servir como controlo (posiccedilatildeo O2) e outro em curto-circuito com o ground e a referecircncia (posiccedilatildeo
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino
durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia
29
29
Fp2) O eleacutetrodo poroso em estudo colocou-se a cerca de 3 cm do eleacutetrodo de AgAgCl posiccedilatildeo O2
de modo a captar o mesmo sinal que o obtido pelo eleacutetrodo de controlo (Figura 17)
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos
35 Implementaccedilatildeo em Matlab
Apoacutes a importaccedilatildeo do ficheiro obtido nos ensaios de ruiacutedo para o Matlab foi criado um filtro
Butterworth de ordem 20 de 05 ateacute 40 Hz atraveacutes da funccedilatildeo jaacute implementada pelo Matlab
ldquofdesignbandpassrdquo De seguida eacute aplicado o filtro duas vezes A primeira desde o primeiro ponto ateacute
o uacuteltimo e o segundo na ordem inversa Deste modo consegue-se natildeo soacute uma filtragem dupla mas
tambeacutem o cancelamento da fase dos filtros Assim efetivamente o filtro utilizado eacute de ordem 40 de
fase nula
De seguida eacute dividido o ensaio em segmentos de 30 segundos rejeitando os primeiros 10
segundos do ensaio Para cada segmento natildeo sobreposto eacute calculado o valor RMS da tensatildeo a
densidade espectral de potecircncia atraveacutes da estimaccedilatildeo pwelch do Matlab e o declive meacutedio (primeira
derivada do sinal) Contudo no final eacute calculada tambeacutem a densidade espectral de potecircncia global
que eacute expressa em dB
30
30
31
31
Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos
Resultados obtidos e discussatildeo
41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo
411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos
eleacutetrodos
Neste estudo eacute de extrema relevacircncia a eleiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante a utilizar Para isso
recorreu-se agrave realizaccedilatildeo de vaacuterios ensaios que possibilitassem uma avaliaccedilatildeo objetiva da resposta do
sistema Efetuou-se entatildeo primeiro uma anaacutelise do ruiacutedo ao longo de 12 minutos com os eleacutetrodos
multipino nas diferentes soluccedilotildees (um medido contra o outro) e a respetiva referecircncia de seguida
realizou-se um ensaio para mensurar a resistecircncia agrave passagem de corrente com os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees e a respetiva referecircncia
Assim sendo a Figura 18 revela a impedacircncia dos eleacutetrodos nas diferentes soluccedilotildees testadas
Nesta pode-se observar que a soluccedilatildeo 1 apresenta niacuteveis de impedacircncia ligeiramente mais baixos que
as restantes soluccedilotildees Contudo os seus niacuteveis encontram-se uma deacutecada acima dos valores obtidos
pelo eleacutetrodo e AgAgCl utilizado comercialmente com o respetivo gel hidratante Observa-se ainda
que os desvios padratildeo satildeo tatildeo baixos que quase natildeo satildeo percetiacuteveis o que significa que os ensaios satildeo
bastante reprodutiacuteveis Eacute tambeacutem importante notar que ao longo de todas as frequecircncias testadas
os valores de impedacircncia aleacutem de se encontrarem todos abaixo dos valores maacuteximos permitidos (20-
40 k) [35] encontram-se ainda abaixo dos 5 k referidos como valores de impedacircncia ideal por vaacuterios
fornecedores [40][41] o que eacute de extrema relevacircncia nos passos subsequentes de aquisiccedilatildeo do sinal
uma vez que eacute indispensaacutevel ter baixos niacuteveis de impedacircncia para conseguir captar ondas cerebrais
32
32
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Foram ainda feitas mediccedilotildees de ruiacutedo nas mesmas condiccedilotildees Realizando-se de seguida uma
anaacutelise no domiacutenio temporal e outra no domiacutenio das frequecircncias Para isso como foi referido no
capitulo 35 recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software Matlab A primeira anaacutelise eacute feita no domiacutenio
temporal (Figura 19 (a)) sob a forma de um graacutefico da tensatildeo meacutedia (RMS) em funccedilatildeo do tempo que
eacute obtida apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa-alto de modo a retirar a componente DC do sinal e assim
obter um sinal de ruiacutedo para altas frequecircncias que seraacute representado em periacuteodos de 30 segundos
Deste modo eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees da quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo de
estabilizaccedilatildeo do eleacutetrodo O que se observa eacute que os niacuteveis de ruiacutedo ao longo do tempo variam entre
185 microV ateacute 2 microV o que equivale a uma variaccedilatildeo maacutexima de 015 microV tanto para os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees como para o eleacutetrodo de AgAgCl no respetivo gel hidratante Observa-se
ainda que aleacutem das pequenas variaccedilotildees ao longo do tempo o desvio padratildeo para todas as soluccedilotildees eacute
muito semelhante sugerindo que natildeo haacute diferenccedilas significativas a niacutevel das soluccedilotildees implementadas
Eacute ainda de salientar que natildeo se observa nenhuma evoluccedilatildeo de ruiacutedo ao longo do tempo o que sugere
uma estabilizaccedilatildeo do sistema muito raacutepida A segunda anaacutelise no domiacutenio temporal corresponde ao
declive meacutedio (Figura 19 (b)) foi realizada recorrendo agrave primeira derivada do sinal em DC obtido a
cada 30 segundos Deste graacutefico eacute possiacutevel retirar informaccedilatildeo referente agrave deriva do potencial e ao
tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema Assim recorrendo agrave sua visualizaccedilatildeo observa-se que a
estabilizaccedilatildeo eacute feita de forma semelhante para todas as soluccedilotildees Contudo a soluccedilatildeo 3 apresenta
menos variaccedilotildees ao longo do tempo valores mais proacuteximos de zero e maior reprodutibilidade entre
ensaios Finalmente o teste de controlo efetuado com os eleacutetrodos comerciais de AgAgCl no gel
aparentam ser ligeiramente menos estaacuteveis contudo os valores se encontram na mesma gama de
tensotildees
33
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Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Para concluir realizou-se uma anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias para isso recorreu-se ao
graacutefico da densidade espectral de tensatildeo (Figura 20) Nele observa-se que os resultados do ruiacutedo do
sinal aumentam com a diminuiccedilatildeo das frequecircncias numa proporccedilatildeo 119903119906iacute119889119900 ~ 1 119891119903119890119902119906ecirc119899119888119894119886frasl
confirmando os estudos feitos por E Huigen em 2002 [20] No entanto estes tendem a estabilizar a
partir dos 10 Hz em valores proacuteximos dos -238 dB Eacute de referir que a para frequecircncias elevadas o
sinal de ruiacutedo eacute determinado pelo ruiacutedo do amplificador e natildeo pelo ruiacutedo da interface metal-eletroacutelito
uma vez que este eacute significativamente menor do que o ruiacutedo do amplificador impedindo assim a sua
mediccedilatildeo mesmo com equipamentos de baixo ruiacutedo [20]
34
34
Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
35
35
a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
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36
Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
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Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
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Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
39
39
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
40
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
41
41
Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
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Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
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Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
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Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
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Anexos
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1
Capiacutetulo 1 Introduccedilatildeo
Introduccedilatildeo
O eletroencefalograma (EEG) eacute o registo graacutefico dos potenciais eleacutetricos desenvolvidos no ceacuterebro
que eacute utilizado para o seu estudo Isto eacute feito atraveacutes de eleacutetrodos aplicados no couro cabeludo
diretamente na superfiacutecie encefaacutelica ou ateacute mesmo dentro da substacircncia encefaacutelica [1] O
procedimento foi descrito pela primeira vez pelo fisiologista alematildeo Emil du Bois-Reymond que
descobriu que a propagaccedilatildeo do estiacutemulo nervoso nos neuroacutenios resultava no surgimento de uma
corrente eleacutetrica Contudo soacute comeccedilou a ser usado em 1929 apoacutes Hans Berger (psiquiatra alematildeo)
ter conseguido obter a primeira imagem graacutefica das diferenccedilas de potencial presentes no ceacuterebro
[1][2] A combinaccedilatildeo dos diferentes sinais eacute captada pelos eleacutetrodos sob a forma de uma diferenccedila
de potencial entre cada par de eleacutetrodos (configuraccedilatildeo bipolar) ou entre cada eleacutetrodo e uma
referecircncia (configuraccedilatildeo monopolar) O princiacutepio baacutesico de obtenccedilatildeo dos traccedilados
eletroencefalograacuteficos (EEG) eacute a amplificaccedilatildeo dos sinais eleacutetricos atraveacutes da utilizaccedilatildeo de
amplificadores operacionais de instrumentaccedilatildeo [1][3][4] Estes dispositivos satildeo capazes de amplificar
pequenas diferenccedilas de potencial entre dois pontos do couro cabeludo gerando de seguida na forma
claacutessica por meio de um dispositivo chamado galvanoacutemetro de fio com registador e na forma atual
por meio de digitalizaccedilatildeo e impressatildeo um traccedilado graacutefico com diferentes formas de onda que podem
ser interpretados por especialistas na aacuterea [1][3]
Natildeo se sabe ainda interpretar completamente o significado das ondas do eletroencefalograma
mas sabe-se que estas satildeo geradas pela atividade sinaacuteptica dos neuroacutenios do coacutertex cerebral e pelas
informaccedilotildees neuro-eleacutetricas provenientes dos sistemas sensoriais Os traccedilados resultantes deste
exame quando o individuo se encontra acordado satildeo essencialmente dessincronizados isto eacute
compostos por ondas de tensotildees reduzidas e frequecircncias relativamente altas (ritmos alfa e beta)
Contudo quando o individuo se encontra a dormir e uma vez que nessa situaccedilatildeo o taacutelamo natildeo deixa
passar tatildeo facilmente a informaccedilatildeo que recebe os traccedilados dos potenciais sinaacutepticos do coacutertex
tornam-se menores menos variados e mais sincronizados [5] As ondas deste tipo podem ser descritas
atraveacutes da sua gama de frequecircncias ou de comprimentos de onda e periacuteodos associados e das
amplitudes sendo estas natildeo superiores aos 150 μV e a gama de frequecircncias encontrando-se entre os
05 e 60 Hz num EEG normal sendo portanto estes paracircmetros de grande importacircncia e a ter em
conta na anaacutelise destas ondas [6] Por convenccedilatildeo os sinais satildeo classificados em quatro bandas de
frequecircncia conforme ilustrado na Tabela 1
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Tabela 1 Classificaccedilatildeo convencional dos sinais de EEG tendo em conta a gama de frequecircncias em
que se encontram com indicaccedilatildeo das situaccedilotildees tiacutepicas de ocorrecircncia [6]
ONDA FREQUEcircNCIA OCORREM DURANTE
Delta lt35 Hz Momentos do sono profundo
Theta 4-7 Hz Meditaccedilatildeo e relaxamento profundo
Alfa 8-13 Hz Estados mentais relaxados e no
sono
Beta gt13 Hz Estado normal de vigila
As designadas mediccedilotildees eletroencefalograacuteficas tecircm sido amplamente desenvolvidas e exploradas
por vaacuterios motivos que incluem a sua elevada resoluccedilatildeo temporal (na ordem dos milissegundos) e a
sua sensibilidade tanto agrave duraccedilatildeo como agrave intensidade da atividade neural resultado da sincronizaccedilatildeo
da atividade dos neuroacutenios Eacute tambeacutem uma teacutecnica muito atrativa uma vez que representa um
baixiacutessimo risco para os pacientes por ser um meacutetodo geralmente natildeo invasivo A teacutecnica EEG tem a
grande vantagem de possuir uma excelente resoluccedilatildeo temporal dos sinais Contudo sua principal
limitaccedilatildeo passa pela resoluccedilatildeo espacial uma vez que a propagaccedilatildeo da atividade eleacutetrica ao longo das
vias fisioloacutegicas e do cracircnio pode dar uma impressatildeo errada da localizaccedilatildeo da fonte da atividade
eleacutetrica resultando numa insuficiecircncia de detalhes espaciais para identificar as estruturas e funccedilotildees
relacionadas com a atividade eleacutetrica Todavia embora o sinal eleacutetrico tenha de ser transmitido
atraveacutes dos tecidos e isto provoca uma reduccedilatildeo da intensidade do sinal e pequenas distorccedilotildees assume-
se que esta atividade eacute a mesma tanto na superfiacutecie do coacutertex (local onde as ondas emergem) como
no escalpe (local onde as ondas satildeo coletadas) [5][7]
Na literatura aparecem relatos do uso de vaacuterios tipos de EEG para avaliar grupos de pacientes com
diferentes doenccedilas tais como tumores enxaquecas depressotildees e esquizofrenia no entanto na
clinica o EEG eacute sobretudo utilizado para diagnosticar doenccedilas vasculares cerebrais demecircncias e
encefalopatias [7][8][9] Todavia as aplicaccedilotildees hoje em dia para este tipo de sinais e seus sistemas
de eleacutetrodos satildeo inuacutemeras podendo-se destacar as interfaces ceacuterebro-maacutequina como uma das
principais Este tipo de interfaces procura atraveacutes das ondas produzidas no foro cerebral controlar
equipamentos sejam estes cliacutenicos ou natildeo Eacute possiacutevel detetar padrotildees de ativaccedilatildeo gerados pelo
ceacuterebro atraveacutes da colocaccedilatildeo de eleacutetrodos e anaacutelise dos sinais eletroencefalograacuteficos recolhidos tanto
no exterior como no interior da superfiacutecie encefaacutelica Os sinais captados indicam a atividade cerebral
do utilizador que apoacutes deteccedilatildeo e classificaccedilatildeo satildeo traduzidos para uma saiacuteda como por exemplo
o movimento de um cursor de um computador associado ao rato ou de qualquer dispositivo artificial
externo Os sinais de EEG natildeo-invasivos satildeo utilizados em aplicaccedilotildees de Interface ceacuterebro maacutequina
(ICM1) pois estes oferecem um niacutevel de qualidade de sinal aceitaacutevel que combina custos reduzidos e
facilidade de utilizaccedilatildeo[10]
Com o surgimento de outros meacutetodos de diagnoacutestico a utilizaccedilatildeo da eletroencefalografia entrou
em decaimento no entanto a associaccedilatildeo desta teacutecnica com o domiacutenio informaacutetico os seus baixos
1 ldquoA Interface ceacuterebro-maacutequina eacute um sistema que permite a interaccedilatildeo entre o utilizador e o meio que o cerca utilizando sinais de controlo gerados por meio da atividade cerebral O aprimoramento das pesquisas em ICM estaacute relacionado principalmente com os avanccedilos da neurofisiologia e computaccedilatildeo As pesquisas iniciais
dedicaram-se ao desenvolvimento de dispositivos de comunicaccedilatildeo de pessoas que perderam o controlo muscular voluntaacuterio (hellip)rdquo Mussatto Greice em [10] Atualmente satildeo frequentemente direcionados para auxiliar aumentar ou reparar a cogniccedilatildeo humana ou as funccedilotildees sensoriais e motoras
3
3
custos (quando comparados com as outras teacutecnicas) a facilidade na realizaccedilatildeo dos exames o pequeno
espaccedilo ocupado pelos equipamentos e a sua natureza inoacutecua vieram a dar-lhe um novo impulso
conquistando um lugar proeminente no diagnoacutestico de vaacuterias patologias cerebrais [11][12] Isso tornou
possiacutevel inclusive o mapeamento cerebral em escala de cores (a gradaccedilatildeo das cores relaciona-se
com a amplitude dos potenciais) muito popular atualmente As teacutecnicas para a obtenccedilatildeo e registo
foram por isso aprimoradas nos uacuteltimos anos evoluindo do registo em papel com um nuacutemero reduzido
de canais ao registo contiacutenuo em equipamentos de ateacute 256 canais acoplado ao registo de viacutedeo digital
atraveacutes de equipamentos dotados com sistemas wireless peccedilas de hardwares e softwares sofisticadas
para armazenamento de dados e complementar a anaacutelise visual atraveacutes da anaacutelise computacional
Contudo embora os avanccedilos informaacuteticos tenham sido importantes para o desenvolvimento desta
teacutecnica a questatildeo do eleacutetrodo a utilizar nas mediccedilotildees eacute essencial uma vez que os bioeleacutetrodos de
superfiacutecie satildeo responsaacuteveis pela captaccedilatildeo dos sinais na interface entre a pele e o equipamento de
aquisiccedilatildeo e registo sendo tambeacutem considerados o elo mais fraco na cadeia de aquisiccedilatildeo de sinal
(constituindo a maior fonte de ruiacutedo e de instabilidade) [12]
Existe uma vasta gama de eleacutetrodos disponiacuteveis incluindo eleacutetrodos de superfiacutecie descartaacuteveis ou
reutilizaacuteveis e eleacutetrodos profundos[13] Dentro dos eleacutetrodos profundos (intracranianos) mais
utilizados encontram-se os eleacutetrodos intracerebrais e os subdurais Eacute importante referir a existecircncia
destes eleacutetrodos contudo os eleacutetrodos abordados neste relatoacuterio satildeo os eleacutetrodos de superfiacutecie ou
seja aqueles que satildeo colocados sobre o escalpe Existem vaacuterias alternativas para a sua classificaccedilatildeo
todavia aqui seratildeo abordadas aquelas que se relacionam com a presenccedila ou ausecircncia de produtos
hidratantes utilizando o termo ldquoeleacutetrodos huacutemidosrdquo para aqueles que necessitam de uma soluccedilatildeo
hidratantegel e ldquoeleacutetrodos secosrdquo para aqueles que natildeo a exigem
Os principais tipos de eleacutetrodos utilizados na cliacutenica atualmente para a recolha de sinais
eletroencefalograacuteficos satildeo os eleacutetrodos de prata ouro e estanho Um eleacutetrodo do tipo Prata-Cloreto
de Prata (AgAgCl) (Figura 1) eacute um tipo de eleacutetrodo considerado como tendo caracteriacutesticas desejaacuteveis
de qualidade e estabilidade que o tornam em geral um eleacutetrodo de referecircncia no estado da arte
sendo vulgarmente utilizado em mediccedilotildees eletroquiacutemicas [14] Os fenoacutemenos que ocorrem quando
um eleacutetrodo metaacutelico entra em contacto com um eletroacutelito estatildeo na base da captaccedilatildeo dos sinais que
se pretende realizar Ocorre uma troca ioacutenica como resultado de uma reaccedilatildeo eletroquiacutemica associada
ao contacto Existindo uma tendecircncia para que os aacutetomos do metal percam eletrotildees e estes passem
para o eletroacutelito (oxidaccedilatildeo) fazendo assim com que o eleacutetrodo fique carregado negativamente no
que diz respeito ao eletroacutelito Contudo natildeo se trata de um processo estaacutetico e por conseguinte ocorre
igualmente a reaccedilatildeo contraacuteria ateacute se estabelecer o equiliacutebrio (reduccedilatildeo) [14] Este processo eacute descrito
pela Equaccedilatildeo de Nernst atraveacutes da qual eacute possiacutevel obter a constante de equiliacutebrio de uma
determinada reaccedilatildeo que envolva transferecircncia de eletrotildees Deste modo para uma reaccedilatildeo de
oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo (redox) temos
minus119899 119865119864 = minus119899 1198651198640 + 119877119879 119897119899 119876 hArr 119864 = 1198640 minus119877119879
119899119865119897119899 119876
( 1 )
Verifica-se que no ponto de equiliacutebrio o valor de Q pode ser descrito como K (contante de
equiliacutebrio da reaccedilatildeo) e considerando a constante universal dos gases perfeitos (R = 831 J K-1 mol-1 )
a carga eleacutetrica de uma mole de eletrotildees (F = 96485 Cmiddotmol-1) e que o ensaio decorre agrave temperatura
ambiente (T = 2982 K (25 degC)) obteacutem-se
E=E0-00257
nlnQ hArr 0=E0-
00257
nlnK hArr E0=
00257
nlnK hArr lnK=
n ∙ E0
00257
( 2 )
4
4
Onde Eordm se obteacutem a partir dos potenciais normais dos eleacutetrodos n eacute o nuacutemero de moles de eletrotildees
transferidos e Q eacute o quociente entre os produtos das atividades de produtos e reagentes na reaccedilatildeo
No caso da pele humana existem pequenas quantidades de NaCl (01-04) desta forma o aniatildeo
cloreto presente iraacute reagir com a prata do eleacutetrodo dando origem a uma diferenccedila de potencial
relacionado com a concentraccedilatildeo de cloreto [3] Portanto as trocas ioacutenicas que ocorrem na pele na
presenccedila deste eleacutetrodo satildeo representadas na ( 3
119860119892 + 119862119897minus 119860119892119862119897 + 119890minus ( 3 )
Este tipo de eleacutetrodos satildeo os mais utilizados hoje em dia na clinica
e satildeo fabricados como o nome o indica em prata agrave qual eacute aplicado um
revestimento de cloreto de prata Trata-se de um metal bem tolerado
pelo organismo humano que permite a obtenccedilatildeo de bons resultados
uma vez que aleacutem disso estes apresentam niacuteveis de ruido reduzidos e
natildeo satildeo facilmente polarizaacuteveis [3] no entanto a sua utilizaccedilatildeo exige
uma preparaccedilatildeo preacutevia da pele e a aplicaccedilatildeo de uma pasta condutora
(gel) que por vezes eacute desconfortaacutevel para o paciente sendo suscetiacutevel
de causar alergias e tornando o processo mais demorado uma vez que
a preparaccedilatildeolimpeza dos eleacutetrodos requer alguns cuidados e deve ser executada por um teacutecnico
Surgiu entatildeo a motivaccedilatildeo para criar novos eleacutetrodos secos que ultrapassassem estas dificuldades
dispensando a utilizaccedilatildeo do gel e a preparaccedilatildeo da pele todavia uma vez que o contacto liacutequido estaacute
ausente a impedacircncia interfacial eacute consideravelmente mais elevada (1 M contra 10-20 k)
refletindo-se numa maior sensibilidade ao movimento e de maneira geral na presenccedila de um maior
niacutevel de ruiacutedo o que exige preacute-amplificaccedilatildeo integrada Os custos associados agrave produccedilatildeo deste tipo de
eleacutetrodo satildeo tambeacutem mais elevados do que no caso dos eleacutetrodos convencionais
De modo a resolver estes problemas foi desenvolvido um novo
tipo de bioeleacutetrodo (Figura 2) [15] o qual tem a capacidade de
manter huacutemido o ponto de contacto com a pele evitando contudo
a utilizaccedilatildeo de pastas condutoras Este efeito foi conseguido usando
o princiacutepio da caneta de feltro o contacto com o escalpe eacute efetuado
a partir de vaacuterios pinos fabricados a partir de um poliacutemero poroso
acoplado a um pequeno reservatoacuterio com uma soluccedilatildeo hidratante os
pinos forneceratildeo entatildeo de forma controlada pelos efeitos
combinados da capilaridade e gravidade a soluccedilatildeo hidratante ao
ponto de contacto com o escalpe A sua forma oferece tambeacutem
muacuteltiplos pontos de contacto de modo a minimizar o ruiacutedo e obter
melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
O desenvolvimento destes eleacutetrodos compreenderaacute varias fases a primeira fase a implementar
seraacute a fabricaccedilatildeo da superfiacutecie porosa atraveacutes da compressatildeo de poacutes de policarbonato (PC) de seguida
seraacute feita a montagem dos diferentes componentes do eleacutetrodo nomeadamente a esponja o frio de
prata e o tubo de policloreto de polivinilo (PVC) que funcionaraacute como reservatoacuterio Finalmente seratildeo
preparadas e testadas vaacuterias soluccedilotildees com os mesmos componentes em diferentes concentraccedilotildees de
modo a concluir qual soluccedilatildeo fornece uma melhor hidrataccedilatildeo da pele otimizando assim os resultados
Figura 1 Eleacutetrodo de superfiacutecie comercial (Eleacutetrodo de controlo)
Figura 2 Corte transversal do bioeleacutetrodo de superfiacutecie em estudo com reservatoacuterio
para a soluccedilatildeo hidratante
5
5
6
6
7
7
Capiacutetulo 2 Enquadramento teoacuterico
Enquadramento teoacuterico
A EEG eacute um registo associado a uma teacutecnica cliacutenica que se baseia na aquisiccedilatildeo dos sinais produzidos
no coacutertex cerebral A obtenccedilatildeo dos mesmos eacute possiacutevel uma vez que aiacute existem ceacutelulas excitaacuteveis
capazes de conduzir os impulsos nervosos os neuroacutenios Estes impulsos geram correntes eleacutetricas
atraveacutes do corpo da ceacutelula ateacute uma zona chamada zona de disparo Neste local as correntes dirigem-
se ao espaccedilo extracelular provocando uma diferenccedila de potencial que desencadearaacute um novo estiacutemulo
na proacutexima ceacutelula e que contribuiraacute para a produccedilatildeo dos referidos sinais
21 Sistema nervoso
O sistema nervoso eacute responsaacutevel pela maioria das funccedilotildees de controlo no organismo coordenando
e regulando as atividades corporais Isto eacute feito atraveacutes da interpretaccedilatildeo e resposta a estiacutemulos Este
sistema eacute convencionalmente dividido em duas categorias o sistema nervoso central (SNC) que se
verifica tratar do desenvolvimento das respostas aos estiacutemulos e o sistema nervoso perifeacuterico (SNP)
o responsaacutevel pela conduccedilatildeo do estiacutemulo nervoso No caso do SNC podem distinguir-se vaacuterios oacutergatildeos
o enceacutefalo (constituiacutedo pelo ceacuterebro cerebelo e tronco encefaacutelico) e a espinal medula Jaacute no caso do
SNP esta divisatildeo eacute feita atraveacutes da distinccedilatildeo entre nervos cranianos ou espinhais [16] Os nervos satildeo
essencialmente um conjunto de axoacutenios e dendrites de vaacuterios neuroacutenios
Os neurocircnios que datildeo origem aos nervos satildeo ceacutelulas com capacidade excitatoacuteria capazes de
transmitir sinais nervosos Contudo as ceacutelulas da glia tambeacutem presentes no sistema nervoso
sobretudo nos nervos satildeo as principais responsaacuteveis pela propagaccedilatildeo orientada do estiacutemulo uma vez
que ao recobrirem o axoacutenio criam circuitos neuronais independentes [16]
Os axoacutenios transmitem pulsos eleacutetricos devido agrave presenccedila de canais ioacutenicos que abrem e fecham
de modo a controlar as concentraccedilotildees dos diferentes iotildees nos meios interno e externo da ceacutelula
8
8
211 Propagaccedilatildeo do sinal
Um impulso nervoso origina a transmissatildeo de um sinal codificado ao longo da membrana do
neuroacutenio Para compreender esta transmissatildeo dentro do proacuteprio neuroacutenio eacute necessaacuterio conhecer o
conceito de potenciais de repouso e de accedilatildeo
N as fases em que se verifica existir potenciais de repouso os iotildees de soacutedio entram para a ceacutelula
atraveacutes de transporte passivo uma vez que a concentraccedilatildeo destes eacute menor no interior da ceacutelula (a
favor do gradiente de concentraccedilatildeo) Posteriormente daacute-se a sua expulsatildeo de forma ativa ao mesmo
tempo que entram iotildees de potaacutessio ativamente Finalmente os iotildees de potaacutessio voltam passivamente
ao exterior da membrana outorgando agrave ceacutelula uma carga positiva Diz-se entatildeo que esta se encontra
polarizada Nas ceacutelulas nervosas o potencial de membrana ronda os -90mV [6]
Os potenciais de accedilatildeo satildeo os responsaacuteveis pela propagaccedilatildeo do estiacutemulo nervoso contudo a sua
duraccedilatildeo natildeo ultrapassa alguns milissegundos (ver a Figura 3) Esta propagaccedilatildeo ocorre quando o
potencial de membrana que se encontra nos -90mV passa a ocupar valores de -50 a -70mV devido a
uma perturbaccedilatildeo externa de modo a responder a esta situaccedilatildeo ocorre a passagem por difusatildeo dos
iotildees de soacutedio para o interior da ceacutelula resultando na alteraccedilatildeo dos potenciais ateacute entatildeo negativos
para valores que podem chegar a +35mV De seguida a ceacutelula expulsa ativamente o soacutedio alterando
assim o potencial para aproximadamente -95mV Daacute-se entatildeo a repolarizaccedilatildeo atraveacutes da bomba de
Na+K+ ou seja a ceacutelula volta agraves condiccedilotildees iniciais [6]
Apoacutes um sinal ser transportando atraveacutes de um neuroacutenio eacute necessaacuterio que este seja comunicado
ao neuroacutenio seguinte de modo a manter a transmissatildeo do impulso Esta transferecircncia daacute-se em locais
especiacuteficos e pode ser feita eletricamente (atraveacutes de iotildees) ou quimicamente (atraveacutes de uma fenda
sinaacuteptica onde um neurotransmissor eacute libertado e se liga a recetores especiacuteficos do neuroacutenio poacutes-
sinaacuteptico) [6][16]
Figura 3 Representaccedilatildeo do fluxo ioacutenico durante o potencial de accedilatildeo (Adaptado de [16])
9
9
22 Aquisiccedilatildeo do sinal
Eacute impossiacutevel medir a atividade eleacutetrica gerada por um uacutenico neuroacutenio contudo a aquisiccedilatildeo do
sinal electroencefalograacutefico soacute eacute possiacutevel graccedilas agrave emissatildeo parcialmente sincronizada do impulso
nervoso numa parte significativa do coacutertex cerebral Deste modo o EEG reflete o somatoacuterio da
atividade siacutencrona de milhares de neuroacutenios com uma orientaccedilatildeo espacial semelhante assessorando
assim a aquisiccedilatildeo de um sinal reprodutiacutevel e mensuraacutevel que possibilita uma interpretaccedilatildeo fidedigna
[16]
Esta teacutecnica permite o registo da atividade eleacutetrica do ceacuterebro Eacute um procedimento raacutepido
simples e indolor no qual os impulsos eleacutetricos do ceacuterebro satildeo amplificados e registrados em papel
atraveacutes de um galvanoacutemetro ou em formato digital O seu interesse prende-se natildeo soacute com os baixos
custos da teacutecnica como tambeacutem com a obtenccedilatildeo em tempo real destes sinais de modo a conseguir
diagnosticar eventuais anomalias
A EEG quando comparada com outras teacutecnicas como por exemplo o eletrocardiograma (ECG)
apresenta uma maior dificuldade na obtenccedilatildeo dos dados uma vez que a tensatildeo a captar eacute de muito
menor amplitude os sinais por vezes encontram-se na regiatildeo do ruiacutedo eleacutetrico e aleacutem disso os
amplificadores comuns natildeo fornecem uma banda de funcionamento que consiga amplificar o sinal de
forma eficaz o que exige a utilizaccedilatildeo de amplificadores especialmente desenhados [6] Contudo
estas limitaccedilotildees natildeo impediram o avanccedilo desta tecnologia Ao longo do tempo as teacutecnicas de obtenccedilatildeo
dos dados foram-se aprimorando tendo chegado na fase de maturidade agrave arquitetura ilustrada na
Figura 4 em que a saiacuteda eacute representada em papel desenhada por canetas conduzidas por mecanismos
controlados por galvanoacutemetros Hoje em dia os sistemas evoluiacuteram sobretudo na parte final atraveacutes
da digitalizaccedilatildeo dos sinais filtrados e seu armazenamento num dispositivo digital Desta forma torna-
se muito mais flexiacutevel a fase de visualizaccedilatildeo dos sinais que eacute feita em monitores graacuteficos de
computador bem como a fase de armazenamento e arquivo e criaccedilatildeo de fichas de exame A
digitalizaccedilatildeo permite o processamento digital dos sinais a fim principalmente de os caracterizar do
ponto de vista morfoloacutegico e assim contribuir para a classificaccedilatildeo do ponto de vista cliacutenico
Figura 4 Diagrama de blocos representativo de um sistema para aquisiccedilatildeo de sinais
eletroencefalograacuteficos
A EEG eacute realizada atraveacutes da colocaccedilatildeo de eleacutetrodos no couro cabeludo obedecendo o
posicionamento dos mesmos a regras especiacuteficas pois a sua localizaccedilatildeo influencia os sinais captados
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De modo a facilitar a comparaccedilatildeo dos resultados eacute habitualmente utilizado um sistema se
colocaccedilatildeo padratildeo chamado 10-20 (Figura 5) Segundo este padratildeo os locais onde os eleacutetrodos satildeo
colocados satildeo denominados por letras de acordo com as aacutereas cerebrais adjacentes seguidas de um
nuacutemero impar se o eleacutetrodo se encontrar no lado esquerdo da cabeccedila ou par se for no lado direito
[6]
Apoacutes a obtenccedilatildeo do sinal contiacutenuo de EEG eacute
possiacutevel distinguir vaacuterios tipos de ondas de acordo
com a sua amplitude e frequecircncia A amplitude das
ondas pode ir ateacute aos 200 μV e a frequecircncia ateacute 30Hz
A Figura 6 representa os diferentes tipos de ondas
As ondas delta satildeo ondas da mais baixa frequecircncia
e amplitudes elevadas que ocorrem em momentos do
sono profundo por outro lado as ondas teta
encontram-se na gama de frequecircncias de 4-7 Hz
contudo
continuam a apresentar grandes amplitudes e ocorrem
em estaacutegios de meditaccedilatildeo e relaxamento profundo as
ondas alfa apresentam por sua vez amplitudes meacutedias
e frequecircncias compreendidas entre os 8 e os 13 Hz
correspondendo a estados mentais relaxados no sono
Finalmente as ondas beta satildeo as de mais elevada
frequecircncia (gt13 Hz) com amplitudes de cerca de 10 μV
e ocorrem quando existe um estimulo visual ou no estado
normal de vigiacutelia [6]
221 Eleacutetrodos
Os eleacutetrodos constituem a interface entre o escalpe e o equipamento de mediccedilatildeo No caso de um
eleacutetrodo huacutemido quando a parte metaacutelica entra em contacto com o eletroacutelito tem lugar um processo
de oxidaccedilatildeoreduccedilatildeo de iotildeesaacutetomos que daacute lugar ao aparecimento de um potencial caracteriacutestico
As propriedades fiacutesico-quiacutemicas tanto do eleacutetrodo como do eletroacutelito afetam o valor do potencial
Quando eleacutetrodos idecircnticos satildeo submersos num eletroacutelito homogeacuteneo ambos assumem o mesmo
potencial com respeito ao eletroacutelito Contudo eleacutetrodos diferentes colocados nas mesmas condiccedilotildees
apresentam potenciais diferentes [6] Deste modo eacute sensato concluir que a amplitude do potencial
depende do material de que o eleacutetrodo eacute feito Por esse motivo os eleacutetrodos utilizados na cliacutenica satildeo
comumente produzidos com prata e cloreto de prata uma vez apresentam uma resistecircncia agrave passagem
Figura 5 Sistema internacional 10-20 para
a colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos em EEG
(Adaptado de [17])
Figura 6 Representaccedilatildeo das ondas eletroencefalograacuteficas registadas durante um
exame de EEG [5]
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de corrente natildeo elevada e os seus niacuteveis de impedacircncia satildeo estaacuteveis ao longo de uma ampla gama de
frequecircncias
Contudo o material natildeo eacute o uacutenico paracircmetro que varia para escolher um eleacutetrodo Dependendo
das necessidades existem tambeacutem variedades morfoloacutegicas como os eleacutetrodos invasivos e os natildeo-
invasivos
2211 Eleacutetrodos invasivos
Dentro dos eleacutetrodos invasivos (intracranianos) os mais utilizados satildeo os eleacutetrodos profundos
intracerebrais e os subdurais [13] Os primeiros consistem em eleacutetrodos em forma de agulha feitos
de material flexiacutevel com muacuteltiplos pontos de contacto para registo Satildeo ideais para o registo de
atividade em aacutereas distantes da superfiacutecie Proporcionam ainda um registo preciso da regiatildeo
volumeacutetrica adjacente a cada ponto de registo no entanto a extensatildeo da dita aacuterea eacute limitada [18]
Portanto o uso deste tipo de eleacutetrodos eacute ideal apoacutes os resultados dos exames natildeo-invasivos sugerirem
um ldquoalvordquo provaacutevel Os eleacutetrodos subdurais que podem ser do tipo placa ou tira de silicone com
muacuteltiplos contatos de registo satildeo ideais para o registo de aacutereas extensas do coacutertex [14] Contudo os
eleacutetrodos subdurais podem natildeo registar adequadamente alteraccedilotildees localizadas em profundidade
Este tipo de eleacutetrodos deve apresentar dimensotildees reduzidas de modo a que o dano provocado no
tecido cerebral seja miacutenimo Devem tambeacutem apresentar locais de aplicaccedilatildeo suficientes para recolher
potenciais de muitos neuroacutenios simultaneamente No entanto devido agrave sua natureza altamente
invasiva soacute satildeo usados em casos especiais em que o seu uso pode trazer grandes benefiacutecios para o
paciente
2212 Eleacutetrodos natildeo invasivos
O foco deste estudo centra-se nos eleacutetrodos natildeo invasivos eleacutetrodos colocados na superfiacutecie do
escalpe O contacto entre o eleacutetrodo e a pele eacute facilitado (impedacircncia reduzida) pela utilizaccedilatildeo de
gel e se for esse o caso estaacute-se perante o caso dos eleacutetrodos huacutemidos Contudo a aplicaccedilatildeo deste
gel requer uma preparaccedilatildeo preacutevia da pele que por vezes pode ser demorada suscetiacutevel de
desencadear reaccedilotildees aleacutergicas e desconfortaacutevel para o paciente [3] Surgiu entatildeo a alternativa dos
eleacutetrodos secos eleacutetrodos capazes de aquirir sinais que dispensam a utilizaccedilatildeo de soluccedilotildees todavia
como resultado da ausecircncia do gel ou pasta condutora a impedacircncia interfacial eacute muito mais elevada
tornando indispensaacutevel a integraccedilatildeo de um andar de preacute-amplificaccedilatildeo no eleacutetrodo
Procurando contornar as dificuldades de cada teacutecnica optou-se pelo desenvolvimento de um
bioeleacutetrodo inovador que dispensa a utilizaccedilatildeo de gel mas que apesar disso manteacutem um bom contacto
com a pele humidificando-a
Entre os materiais disponiacuteveis para a fabricaccedilatildeo de eleacutetrodos encontram-se o accedilo inoxidaacutevel o
ouro (Au) o oacutexido de iriacutedio (IrO2)) a prata (Ag) etc [14] tendo-se optado por utilizar um fio de
prata revestido com uma fina camada de cloreto de prata uma vez que os eleacutetrodos fabricados com
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este material apresentam niacuteveis de ruiacutedo reduzidos grande estabilidade do potencial eleacutetrico na gama
de frequecircncias utilizada e uma impedacircncia interfacial baixa [14][19]
23 Interface do eleacutetrodo com a pele
A pele eacute um oacutergatildeo que cobre e protege o corpo e que se observa estar organizado em muacuteltiplas
camadas Eacute composta de trecircs camadas principais a epiderme a derme e a hipoderme cada uma
delas com carateriacutesticas estruturais especiacuteficas que levam a diferentes niacuteveis de condutividade
eleacutetrica e que podem ser representados atraveacutes de modelos baseados em componentes eleacutetricos
baacutesicos [14] Podemos entatildeo do ponto de vista eleacutetrico simular os tecidos bioloacutegicos a partir de um
circuito eleacutetrico formado por resistecircncias e condensadores dispostos em redes com seacuteries e paralelos
agindo estes como condutores ou dieleacutetricos nos quais o fluxo de corrente seguiraacute o caminho de
menor oposiccedilatildeo (Figura 7) Um exemplo ilustrativo desta situaccedilatildeo estaacute representado para o stratum
corneum a camada mais perifeacuterica da epiderme como este tecido eacute relativamente pouco condutor
apresenta uma elevada impedacircncia agrave transmissatildeo das correntes eleacutetricas [20] Assim devido agraves suas
propriedades dieleacutetricas a sua pequena espessura e o seu posicionamento entre o eleacutetrodo condutor
exterior e os tecidos subjacentes mais condutores eacute possiacutevel a sua representaccedilatildeo por meio de um
condensador de placas paralelas
Figura 7 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da interface com a pele e
o seu modelo de circuito eletroacutenico equivalente Adaptado de [14]
O valor da capacidade eleacutetrica da pele estaacute relacionado com a espessura e composiccedilatildeo da camada
coacuternea e tem um valor tiacutepico no intervalo 002-006 microFcm2 [14]
Por outro lado uma vez que alguns iotildees conseguem atravessar o stratum corneum atraveacutes dos
elementos da pele (foliacuteculos do cabelo suor canais das glacircndulas sebaacuteceas imperfeiccedilotildees da pele)
isso pode ser representado coletivamente por uma resistecircncia que seraacute colocada em paralelo com o
condensador Como as camadas subjacentes agrave epiderme satildeo relativamente condutoras representam-
se por uma resistecircncia em seacuterie adicional A presenccedila de uma elevada densidade de foliacuteculos pilosos
(que atuam como derivaccedilotildees de baixa resistecircncia) daacute origem a um valor muito baixo na resistecircncia da
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pele No entanto esta observaccedilatildeo eacute contrabalanccedilada pela dificuldade em fazer contato mecacircnico e
eleacutetrico firme Em tais casos a impedacircncia da pele eacute muito elevada e por vezes eacute necessaacuterio recorrer
agrave remoccedilatildeo dos pelos antes de realizar o exame [14]
231 Hidrataccedilatildeo da pele
O processo de hidrataccedilatildeo da pele humana acontece por duas vias a interna e a externa [21] No
caso da via interna isto acontece quando os queratinoacutecitos migram atraveacutes da derme e sofrem
alteraccedilotildees significativas uma vez que paralelamente a esse processo satildeo libertados liacutepidos e o fator
de hidrataccedilatildeo natural da pele (NMF - Natural moisturizer factor) No caso dos liacutepidos estes formam
uma barreira para a perda de aacutegua e ajudam a reter a hidrataccedilatildeo natural da pele Jaacute no caso da
hidrataccedilatildeo por via externa esta acontece quando introduzimos na pele substacircncias cosmeacuteticas e
farmacecircuticas com capacidades de humedecer as camadas externas da pele para isso na produccedilatildeo
destas substacircncias satildeo utilizadas principalmente trecircs tipos de ingredientes (1) os humectantes que
Incluem a glicerina a ureia e o aacutecido carboxiacutelico da pirrolidona (PCA) que atuam atraindo a aacutegua das
camadas inferiores da derme e ajudando a manter essa aacutegua no estrato coacuterneo (2) os agentes oclusivos
que aumentam os niacuteveis de humidade proporcionando uma barreira fiacutesica para a perda de aacutegua (ceras
oacuteleos e silicones) (3) os emolientes que procuram restaurar os NMF [21]
2311 O gel para utilizaccedilatildeo com os eleacutetrodos
O gel utilizado nos eleacutetrodos serve para (1) assegurar um bom contacto eleacutetrico com a pele do
paciente (2) facilitar a transferecircncia de carga na interface eleacutetrodo-eletroacutelito e assim (3) diminuir
a impedacircncia do estrato coacuterneo [14]
Existem dois tipos de gel o gel huacutemido normalmente denominados como pasta creme ou
substacircncia gelatinosa e o hidrogel Os primeiros satildeo geralmente compostos por aacutegua um agente
espessante bactericidasfungicidas sais ioacutenicos e um surfatante O sal ioacutenico tem como finalidade
conferir condutividade eleacutetrica ao gel e diminuir a impedacircncia eleacutetrica da pele atraveacutes da sua difusatildeo
na mesma Normalmente os sais utilizados satildeo o cloreto de soacutedio (NaCl) ou de potaacutessio (KCl) uma vez
que a maior parte dos iotildees presentes na superfiacutecie da pele humana satildeo o cloreto o soacutedio e o potaacutessio
permitindo assim que elevadas concentraccedilotildees destes sais sejam melhor toleradas pelo corpo
[14][18][22] Por outro lado o hidrogel eacute um gel soacutelido que incorpora hidrocoloacuteides naturais no
entanto a utilizaccedilatildeo destes agentes naturais por vezes provoca desempenhos variaacuteveis e cores pouco
atrativas levando assim agrave utilizaccedilatildeo de hidrocoloacuteides artificiais de modo a eliminar variabilidades
indesejadas
O hidrogel tecircm tendecircncia a causar menos irritaccedilotildees na pele quando comparado com o gel huacutemido
porque o hidrogel limita-se a garantir um bom contato eleacutetrico entre a pele e o eleacutetrodo sem afetar
as propriedades do stratum corneum [14]
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O hidrogel eacute eletricamente mais resistivo do que o gel no entanto esta desvantagem eacute
compensada tanto pela utilizaccedilatildeo de maiores aacutereas com hidrogel como tambeacutem pela diminuiccedilatildeo da
espessura da camada do mesmo Contudo isto natildeo eacute suficiente uma vez que o hidrogel natildeo eacute tatildeo
eficaz na hidrataccedilatildeo da pele (tem tendecircncia a absorver humidade) dando assim como resultado um
aumento na impedacircncia da pele [14]
24 Teacutecnicas de revestimento da prata com cloreto de prata
Finas camadas de um determinado metal depositado sobre um substrato desemprenham
muitas vezes uma funccedilatildeo essencial em muitos dispositivos como por exemplo nos circuitos integrados
No caso dos eleacutetrodos eacute necessaacuterio revestir os fios de prata com finas camadas de cloreto de prata
com o intuito de auxiliar a concretizaccedilatildeo das trocas ioacutenicas referidas no capiacutetulo 1 equaccedilatildeo (1) de
modo a ter-se uma transduccedilatildeo do sinal ioacutenico num sinal eleacutetrico de forma eficaz e reversiacutevel Estas
camadas devem apresentar caracteriacutesticas rigorosamente controladas A espessura a estrutura
atoacutemica e a composiccedilatildeo quiacutemica devem ser uniformes [14][18] Eacute tambeacutem importante que exista
pouca ou nenhuma contaminaccedilatildeo por outras partiacuteculas
As propriedades dos filmes satildeo altamente dependentes dos processos de deposiccedilatildeo Estes
devem ter boa aderecircncia e prover uma boa cobertura Deste modo para a preparaccedilatildeo da prata para
eleacutetrodos a teacutecnica a utilizar deve ser a deposiccedilatildeo eletroquiacutemica atraveacutes de um processo que envolve
a deposiccedilatildeo de um material soacutelido por meio de uma reaccedilatildeo quiacutemica com ou sem recurso a energia
externa Neste caso os substratos de prata satildeo submersos numa soluccedilatildeo contendo um agente oxidante
(por exemplo cloreto feacuterrico) produzindo assim uma fina camada de cloreto de prata ( ( 4)
Ag + + FCl3 FeCl2 + Ag ( 4 )
Em geral a deposiccedilatildeo por electroless plating de um metal envolve a deposiccedilatildeo de um
revestimento metaacutelico a partir dos seus iotildees presentes num banho aquoso sobre uma superfiacutecie atraveacutes
de uma reaccedilatildeo de reduccedilatildeo quiacutemica controlada que eacute ativada pelo metal que estaacute a ser depositado
(reduzido) [23] Os revestimentos obtidos atraveacutes da implementaccedilatildeo desta teacutecnica satildeo geralmente
uniformes duros com elevadas resistecircncias agrave corrosatildeo e ao desgaste e apresentam baixo coeficiente
de fricccedilatildeo [24][25]
Existe contudo uma enorme variedade de meacutetodos eletroquiacutemicos que permitem a
oxidaccedilatildeodeposiccedilatildeo de finas camadas de cloreto de prata tais como a deposiccedilatildeo assistida por plasma
ou por feixes de iotildees o sputtering a deposiccedilatildeo quiacutemica e a deposiccedilatildeo fiacutesica em fase de vapor etc
[25] Todavia a execuccedilatildeo destes processos envolve a utilizaccedilatildeo de equipamentos altamente
especializados em ambiente de vaacutecuo vaacuterias soluccedilotildees e um campo eleacutetrico de modo a possibilitar a
transformaccedilatildeo de energia quiacutemica em energia eleacutetrica e vice-versa Finalmente um meacutetodo tambeacutem
bastante usado eacute a sinterizaccedilatildeo de poacute de cloreto de prata sobre o substrato metaacutelico dando origem
a um revestimento espesso e poroso
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25 Novo conceito de eleacutetrodo
O desenvolvimento do novo tipo de bioeleacutetrodo busca
colmatar as lacunas presentes nos eleacutetrodos disponiacuteveis
comercialmente (dos tipos huacutemido e seco) Tentando manter as
melhores carateriacutesticas de cada tipo de eleacutetrodo Para isso eacute
necessaacuterio desenvolver o eleacutetrodo com materiais condutores que
possibilitem as trocas ioacutenicas e aleacutem disso tenha a capacidade
de manter huacutemido o ponto de contacto com a pele de forma a
diminuir a impedacircncia na interface mas sem usar pastas ou gel
que sujam a pele
A hidrataccedilatildeo da pele por via externa nos ensaios a
realizar eacute feita atraveacutes da aplicaccedilatildeo de diferentes soluccedilotildees
hidratantes que se encontram embebidas numa esponja num
reservatoacuterio existente no eleacutetrodo (Figura 8) Estas soluccedilotildees tecircm a capacidade de migrar atraveacutes do
eleacutetrodo atraveacutes do efeito de capilaridade e gravidade uma vez que a base do eleacutetrodo eacute feita de
policarbonato com porosidade aberta adequada ao fenoacutemeno da capilaridade
O desenvolvimento deste bioeleacutetrodo inovador possibilita tambeacutem uma colocaccedilatildeo raacutepida
coacutemoda e segura Uma vez que estes passam a ser colocados com uma touca
Finalmente eacute tambeacutem importante referir que a forma do eleacutetrodo em multipino permitiraacute
numerosos pontos de contacto de modo a minimizar a impedacircncia do mesmo contribuindo para a
obtenccedilatildeo de melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
26 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
O ruiacutedo eacute um sinal interferente de natureza aleatoacuteria que provoca a degradaccedilatildeo de sinal
durante o seu processamento Em eletroacutenica diz respeito a quaisquer correntes ou tensotildees indesejadas
que mascaram o sinal que realmente interessa
Nos dispositivos e circuitos eletroacutenicos existem inuacutemeras fontes de ruiacutedo dai a importacircncia
na sua caraterizaccedilatildeo
Um tipo importante de ruiacutedo eacute o ruiacutedo de Johnson-Nyquist presente nos portadores de carga
e em todos os elementos com resistecircncia eleacutetrica Este tipo de ruiacutedo eacute caraterizado por uma densidade
espectral de potecircncia (do inglecircs power spectral density - PSD) uniforme e forma de onda gaussiana
[26]
O ruiacutedo de Johnson-Nyquist eacute comumente chamado ruiacutedo teacutermico e a sua tensatildeo eficaz pode
ser calculado atraveacutes da ( 5 para uma resistecircncia eleacutetrica R
Vt= radic4∙k∙T∙B∙R=radic16times1020
∙B∙R ( 5 )
Figura 8 Eleacutetrodo de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios A representa o fio de prata B a soluccedilatildeo condutora C a esponja do reservatoacuterio e D material de policarbonato de natureza porosa onde se estabelece o contacto com a pele
16
16
onde k representa a constante de Boltzmann em JK T a temperatura da resistecircncia em K B
a banda equivalente de ruiacutedo e R o valor da resistecircncia em Ohm
Para o caacutelculo da banda equivalente de ruiacutedo considera-se que o sistema tem uma funccedilatildeo de
transferecircncia do tipo 1198810
119881119894frasl = 119860(119895119891) e estaacute sujeito a uma entrada de ruiacutedo de PSD 119878119881119894
Deste modo
obtemos que o valor meacutedio da tensatildeo de ruiacutedo na saiacuteda para um amplificador seraacute
1198811198990
2 = int 119878119881119894 |A(jf)|2 partfinfin
0
( 6 )
Sendo |119860(119895119891)| usualmente uma funccedilatildeo do tipo
Figura 9 Funccedilatildeo de um filtro passa-baixos |119912(119947119943)|
Uma vez que as regiotildees sombreadas satildeo iguais pode-se simplificar o caacutelculo atraveacutes da aacuterea
de um retacircngulo com a mesma aacuterea que o quadrado da funccedilatildeo de transferecircncia Temos entatildeo que a
banda equivalente eacute dada por
B=1
|A0|2int |A(jf)|2 partf
infin
0
( 7 )
Outro tipo de ruiacutedo presente nos equipamentos eletroacutenicos que eacute interessante estudar eacute o
ruiacutedo ldquoshotrdquo ou ruiacutedo de corrente (Ish) que como o nome indica estaacute associado agrave corrente DC que
flui atraveacutes de uma barreira de potencial e pode ser representado por
Ish= radic2∙q∙IDc∙B ( 8 )
Onde q representa a carga eletroacutenica em coulomb e IDC a corrente contiacutenua meacutedia em ampere
Finalmente outro tipo de ruiacutedo a estudar seraacute o ruiacutedo 1f ldquoflickerrdquo ou ruiacutedo de contacto (If)
que ocorre devido agraves diferenccedilas nos niacuteveis de energia eleacutetricos quando existe um contato imperfeito
entre dois materiais Este tipo de ruiacutedo pode ser calculado atraveacutes de
119868119891 = 119870 ∙ 119868119863119888 ∙ radic119861
radic119891 ( 9 )
Onde K eacute um valor constante que depende do material e da geometria
A baixas frequecircncias este ruiacutedo eacute chamado de ruiacutedo ldquo1frdquo devido agrave tendecircncia caracteriacutestica
de decrescimento com a frequecircncia Eacute importante notar que a magnitude do ruido ldquoflickerrdquo pode ser
17
17
muito grande para pequenas frequecircncias o que leva a que seja a forma de ruiacutedo predominante em
circuitos de baixa frequecircncia
Considerando o ruiacutedo total como adiccedilatildeo das contribuiccedilotildees dos vaacuterios tipos de ruiacutedo na
configuraccedilatildeo eleacutetrica adotada para um amplificador pode-se considerar que o ruiacutedo na entrada segue
a representaccedilatildeo da Figura 10 da qual eacute possiacutevel retirar que
1198681198992 =
1198811198991199052 minus 119881119899
2 minus 1198811199052
1198771199042 ( 10 )
Na praacutetica In pode ser calculado atraveacutes da PSD do ruiacutedo total obtido com uma resistecircncia
elevada de modo a que 1198811198990≫ 119860radic119881119899
2 ∙ 1198811199052 e que Vn eacute a PSD do sistema com a entrada em curto circuito
Figura 10 Circuito representativo dos componentes do ruiacutedo do amplificador na entrada segundo o modelo Vn-In
No corpo humano a captaccedilatildeo dos biopotenciais no escalpe estaacute sujeita agrave presenccedila de ruiacutedo
eleacutetrico intriacutenseco indesejado na interface eleacutetrodogelpele que faz com que o processo de deteccedilatildeo
e anaacutelise dos sinais bioloacutegicos reais seja mais complicado Eacute necessaacuterio por isso caracterizar e
conhecer a magnitude e origem destas flutuaccedilotildees de modo a caraterizar a qualidade dos eleacutetrodos
desenvolvidos
O ruiacutedo eleacutetrodo-pele pode estar ligado agrave interface entre o eleacutetrodo e o eletroacutelito ou entatildeo
agrave interface eletroacutelito-pele No primeiro caso esta situaccedilatildeo pode ser mensurada atraveacutes da colocaccedilatildeo
de eleacutetrodos do mesmo tipo um contra o outro Por outro lado o ruiacutedo produzido pela interface
eletroacutelito-pele deve ser mensurado de uma forma indireta atraveacutes do contacto direto entre o eleacutetrodo
e a pele Nesta situaccedilatildeo o ruiacutedo eacute tipicamente mais elevado do que o que se obteacutem na interface
eleacutetrodo-eletroacutelito [3] Uma vez que os resultados obtidos nestes ensaios dependem diretamente do
estado da pele eacute importante garantir um tratamento preacutevio adequado
18
18
261 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio do tempo RMS e Deriva do potencial
A raiz do valor quadraacutetico meacutedio RMS (do inglecircs root mean square) ou valor eficaz eacute uma
medida estatiacutestica da magnitude de uma quantidade variaacutevel que pode ser calculada atraveacutes da
expressatildeo
120600119877119872119878 = radic1
119873 sum120600119894
2
119873
119894=1
= radic1206001
2 + 12060022 + ⋯+ 120600119873
2
119873 ( 11 )
Nos sinais a estudar satildeo calculados os valores RMS da parte alternada do sinal em intervalos
de tempo sucessivos Destes valores eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees acerca da evoluccedilatildeo temporal do
sinal assim como a quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo
Por outro lado a deriva do potencial eacute calculada recorrendo agrave primeira derivada do sinal nos
diferentes pontos pela componente contiacutenua do sinal sendo portanto de natureza lenta Eacute possiacutevel
por isso analisar a deriva do potencial e o tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema atraveacutes do recurso desde
caacutelculo
262 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio das frequecircncias Densidade espectral
A densidade espectral de potecircncia PSD eacute definida pela transformada de Fourier da funccedilatildeo
de autocorrelaccedilatildeo (Rxx (120591)) de um processo estacionaacuterio ou seja
Teorema de Wiener-Khintchine 119878119909(119891) = F[Rxx(120591)]= int Rxx(120591)119890minus 1198952120587119891120591119889120591infin
minusinfin
( 12 )
Por outras palavras a PSD descreve a distribuiccedilatildeo da variacircncia de um processo aleatoacuterio no
domiacutenio da frequecircncia [27][28]
No Matlab esta estimaccedilatildeo eacute feita atraveacutes da funccedilatildeo pwelch jaacute implementada esta segue o
meacutetodo Welch para o caacutelculo da PSD Este meacutetodo eacute baseado no conceito de utilizaccedilatildeo de
periodogramas de estimaccedilatildeo espectral que satildeo o resultado da conversatildeo de um sinal no domiacutenio
temporal para o domiacutenio da frequecircncia [29] Para isso o meacutetodo Welch segue o fundamento do
meacutetodo Bartlett contudo permite a sobreposiccedilatildeo de segmentos [30]
O meacutetodo Bartlett consiste primeiramente na divisatildeo do segmento original de N amostras em
K segmentos de comprimento M Para cada segmento eacute obtido o periodograma calculado atraveacutes da
transformada discreta de Fourier de seguida eacute calculado o quadrado do resultado e dividido por M
Finalmente eacute feita a meacutedia do resultado dos periodogramas para todos os segmentos de K amostras
resultando num uacutenico vetor de potenciais em funccedilatildeo da frequecircncia Ou seja a reparticcedilatildeo da potecircncia
ao longo do espetro [28]
19
19
27 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo da impedacircncia
Um sistema eletroquiacutemico eacute aquele onde haacute a presenccedila de pelo menos uma fase condutora
eletroacutenica (eleacutetrodo) em contato direto com uma fase condutora ioacutenica (eletroacutelito) as quais originam
a interface eleacutetrodo-eletroacutelito onde se forma duma dupla camada eleacutetrica
A mediccedilatildeo da impedacircncia eletroquiacutemica em modo potenciostaacutetico eacute feita atraveacutes da
aplicaccedilatildeo de um sinal de potencial eleacutetrico sinusoidal 119881(119905) com cerca de 5 a 20 mV numa ceacutelula
eletroquiacutemica Satildeo medidas a resposta na forma de corrente eleacutetrica 119868(119905) e diferenccedila de fase entre
o sinal de potencial e o sinal da corrente [31] Ao medir a corrente alternada que atravessa a ceacutelula
eletroquiacutemica obtemos a impedacircncia Z da forma convencional 119885 = 119881119868 [32] Refira-se que a obtenccedilatildeo
da impedacircncia pode igualmente ser feita impondo uma perturbaccedilatildeo de corrente e medindo o
potencial A impedacircncia do eleacutetrodo reflete entatildeo a capacidade do eleacutetrodo para transferir carga a
determinada frequecircncia [32][33]
Deste modo tem-se se os valores da tensatildeo alternada V(t) e da intensidade I(t) forem
representados por
V(t)=V0∙ cos ωt
( 13 )
I(t)=I0∙ cos (ωt+φ) ( 14 )
No qual V0 representa a amplitude de pico do sinal 120596 a frequecircncia angular (120596 = 2120587119891) I0 a
amplitude do sinal de corrente e 120593 a diferenccedila de fase entre os dois sinais
Pela equaccedilatildeo de Euler
eiφ= cos φ +j sin φ ( 15 )
temos entatildeo que se φ=120596119905
V(t)= V0∙Re(ejωt) ( 16 )
representando essa tensatildeo alternada como uma parte real de uma grandeza complexa
temos que V(t) eacute equivalente a
V(t)=V0∙Re(119888119900119904120596119905 + 119895 ∙ 119904119894119899 120596119905) ( 17 )
Por outro lado atendendo agrave Equaccedilatildeo de Euler acima descrita a corrente eleacutetrica gerada
por um elemento de circuito em resposta a uma tensatildeo alternada pode ser escrita como
I(t)=I0∙Re(119890(120596119905+120593))
( 18 )
Deste modo a impedacircncia fica
Z(ω)=Z0∙ejφ
( 19 )
e aplicando a equaccedilatildeo de Euler
Z(ω)=Z ( cos φ + j sin φ ) ( 20 )
20
20
Obtemos uma equaccedilatildeo composta de uma parte real e uma parte imaginaacuteria possibilitando
assim a sua representaccedilatildeo num plano cartesiano onde a parte real corresponderaacute ao eixo das abcissas
e a parte imaginaria ao eixo das ordenadas (Diagrama de Nyquist)
Pode-se tambeacutem representar a impedacircncia como um vetor no plano complexo
Z (ω)=Re[Z(ω)]i +Im[Z(ω)]j ( 21 )
E se Z0 for o moacutedulo da impedacircncia a parte real de 119885(120596) escreve-se
Z=Z0∙ cos φ
( 22 )
sendo a parte imaginaacuteria representada por
Z=Z0∙ sin φ
( 23 )
que segundo a representaccedilatildeo de Fresnel corresponde a
Z(ω)=Z+ j Z
( 24 )
ou seja
1198850=|Z(ω)|=radicZ2+ Z
2 ( 25 )
e
tan φ = Z
Zfrasl ( 26 )
Os diagramas de Nyquist satildeo uacuteteis para reconhecer o tipo de processo envolvido Os diagramas
de Bode por outro lado mostram a dependecircncia direta do acircngulo de fase com a frequecircncia Este
uacuteltimo eacute particularmente interessante em escalas de frequecircncia muito diferentes uma vez que eacute
frequentemente representado atraveacutes da escala logariacutetmica portanto os resultados nos capiacutetulos
subsequentes seratildeo apresentados neste formato
21
21
A teacutecnica de Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica (do inglecircs Electrochemical
Impedance Spectroscopy - EIS) fornece uma visatildeo completa e detalhada das caracteriacutesticas eleacutetricas
da interface eleacutetrodo-eletroacutelito quando efetuada
numa gama suficientemente largada de frequecircncias
Na Figura 11 estaacute representado um esquema da
montagem experimental para mediccedilatildeo da
impedacircncia As reaccedilotildees eletroquiacutemicas satildeo em
essecircncia reaccedilotildees quiacutemicas em que ocorrem
transferecircncia de eletrotildees para um eleacutetrodo e como
regra ocorrem de acordo com princiacutepios quiacutemicos
gerais Haacute contudo certas caracteriacutesticas das
reaccedilotildees eletroquiacutemicas que satildeo uacutenicas Algumas
delas envolvem a transferecircncia de eletrotildees atraveacutes
de uma interface (reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo) o
que acarreta uma dependecircncia com as dimensotildees e
aacuterea do eleacutetrodo assim como tambeacutem das
propriedades da interface com o eleacutetrodo
Eacute habitual que os eleacutetrodos de AgAgCl apresentem potenciais relativamente baixos e
estaacuteveis Portanto a deposiccedilatildeo da camada de AgCl estabilizaraacute o potencial do eleacutetrodo e reduziraacute os
niacuteveis de impedacircncia Eacute de salientar que impedacircncias aceitaacuteveis para os eleacutetrodos de superfiacutecie devem
encontrar-se abaixo dos 5 k uma vez que quanto maior a impedacircncia maior seraacute a resistecircncia do
eleacutetrodo agrave passagem de corrente No entanto valores de 10 k ou mesmo 40 K ainda satildeo
considerados aceitaacuteveis dependendo dos autores [34][35]
Figura 11 Esquema representativo do ensaio potenciostaacutetico para mediccedilatildeo da impedacircncia
22
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Capiacutetulo 3 Materiais e meacutetodos
Materiais e meacutetodos
31 Preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes
Na preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes dissolveu-se cloreto de soacutedio (NaCl) em aacutegua
adicionando de seguida um tensioativo (tweencopy-80) e um humectante (propilenoglicol) As
concentraccedilotildees destes componentes variaram nas 3 soluccedilotildees conforme referido na Tabela 2 Conveacutem
referir que cada componente foi dissolvido em constante e contiacutenua agitaccedilatildeo numa placa de
agitaccedilatildeo tendo-se misturado primeiro o propilenogicol com o tweencopy e soacute depois com os restantes
compostos
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas
COMPONENTE INFORMACcedilAtildeO DO COMPONENTE SOLUCcedilAtildeO
1 2 3
NaCl (mV) VWR-BDH Prolabo Lote 27810295
09 09 09
Tweencopy-80 (VV) Acofarma
Lote 130287 3 3 5
Propilenoglicol(VV) Acofarma
Lote 131337 10 30 30
Aacutegua (VV) - qbp 100 qbp 100 qbp 100
A biocompatibilidade das mateacuterias-primas empregues para a obtenccedilatildeo das soluccedilotildees torna este
novo conceito de eleacutetrodo uma alternativa promissora para utilizaccedilatildeo cliacutenica Esta biocompatibilidade
estaacute inversamente relacionada com a concentraccedilatildeo de cloretos de soacutedio ou seja quanto menor a
concentraccedilatildeo tanto maior a biocompatibilidade das soluccedilotildees Por esse motivo as soluccedilotildees
desenvolvidas contavam com pequenas concentraccedilotildees de sais de modo a ser o mais semelhante
possiacutevel aos componentes ioacutenicos da proacutepria pele humana
24
24
32 Produccedilatildeo dos novos eleacutetrodos
321 Produccedilatildeo da estrutura porosa de policarbonato
A produccedilatildeo da estrutura porosa (wicks) foi realizada atraveacutes da sinterizaccedilatildeo de poacutes de
policarbonato (PC)
No que diz respeito ao processo de fabrico propriamente
dito o primeiro passo consistiu na moagem da mateacuteria-prima
(policarbonato) de seguida estas partiacuteculas foram sinterizadas
atraveacutes de um equipamento designado por cilindro de sinterizaccedilatildeo
Este cilindro foi aquecido a uma temperatura de asymp170degC e atingida
esta gama de temperaturas colocaram-se as partiacuteculas no molde
ldquoWickrdquo com as dimensotildees apresentadas na Figura 12 que se
encontrava dentro do cilindro central Procedeu-se
imediatamente ao encaixe do pistatildeo no cilindro central Para
finalizar mergulhou-se em aacutegua fria o cilindro central contendo o
molde deixando de seguida secar agrave temperatura ambiente [36]
322 Preparaccedilatildeo dos eleacutetrodos de pratacloreto de prata
Para a deposiccedilatildeo da camada de cloreto de prata nos fios de prata recorreu-se a uma teacutecnica
de deposiccedilatildeo quiacutemica Para isso os fios de prata (Ag) (diacircmetro = 250 miacutecron 9999 Goodfellow
Cambridge) foram oxidados com uma soluccedilatildeo de cloreto de ferro (III) (MERCK Lote 7705-08-0) apoacutes
um preacute-tratamento que permitiu a remoccedilatildeo de impurezas e sujidades presentes na superfiacutecie dos fios
Este preacute-tratamento consistiu na limpeza da superfiacutecie dos fios com 2-propanol e posterior imersatildeo
dos mesmos numa tina de ultrassons com 2-propanol durante 10 minutos De seguida mergulharam-
se os fios de prata em aacutegua destilada de forma a remover todo o 2-propanol presente Finalmente
o processo de oxidaccedilatildeo consistiu em submergir os fios de prata numa soluccedilatildeo aquosa de FeCl3 50 mM
durante 2 minutos ao finalizar este periacuteodo foram armazenados durante 24h num recipiente revestido
com folha de alumiacutenio que possuiacutea uma soluccedilatildeo de HCl 01M para estabilizaccedilatildeo Os fios que natildeo foram
utilizados imediatamente foram armazenados num recipiente revestido com folha de alumiacutenio com
uma soluccedilatildeo de HCl 0005M O comprimento de cada fio de prata eacute aproximadamente de 8 cm
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato
25
25
323 Montagem dos eleacutetrodos
Apoacutes o fabrico da estrutura porosa e da preparaccedilatildeo dos
fios de prata procedeu-se agrave montagem dos eleacutetrodos para isso
cortaram-se pequenas porccedilotildees de uma esponja em poliuretano
com configuraccedilatildeo ciliacutendrica e um diacircmetro semelhante ao da
parte superior da estrutura porosa De seguida atravessou-se esta
esponja com o fio de prata e inseriu-se o conjunto ldquoesponja +
arame de pratardquo dentro de um orifiacutecio superior que a estrutura
porosa possui Finalmente incorporou-se esta estrutura dentro de
um tubo de PVC de modo a atingir a configuraccedilatildeo apresentada na
Figura 13
33 Preparaccedilatildeo dos ensaios
Antes do iniacutecio dos ensaios os eleacutetrodos foram previamente lavados com 2-propanol e
colocados na estufa de modo a evaporar os resiacuteduos do aacutelcool Posteriormente foi aplicada a soluccedilatildeo
hidratante que se pretendia estudar de modo a que a esponja ficasse completamente embebida Desta
forma por uma parte os novos eleacutetrodos em estudo foram testados recorrendo agraves soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 e por outra os eleacutetrodos que serviram como controlo (eleacutetrodo de AgAgCl
(BIO EASYCAP GmbH Alemanha)) utilizaram o gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) Foram tambeacutem utilizados eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) como referecircncia
Para os estudos eletroquiacutemicos incorporaram-se os eleacutetrodos numa montagem constituiacuteda por
um potenciostatogalvanostato Gamry G-300 (Gamry Instruments USA) De modo a diminuir o ruiacutedo
eletroacutenico os ensaios foram todos realizados dentro de uma Gaiola de Faraday Eacute importante referir
que uma vez o nosso sistema de aquisiccedilatildeo de dados era ldquoearth groundedrdquo seguiu-se a sugestatildeo da
bula do Gamry e optou-se unicamente por ligar o ldquofloating groundrdquo agrave gaiola
34 Condiccedilotildees dos ensaios
A primeira parte do trabalho foi desenvolvida laquoIn vitroraquo com eleacutetrodos multipino foi feito
entatildeo um estudo do ruido eletroquiacutemico entre eleacutetrodos do mesmo tipo nas diferentes soluccedilotildees
referidas na Tabela 2 De seguida realizou-se um estudo das impedacircncias dos novos eleacutetrodos nas
diferentes soluccedilotildees seguidos por um estudo de controlo realizado nas mesmas condiccedilotildees com o
eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente e o correspondente gel hidratante Estes ensaios foram
reproduzidos 3 vezes uma vez que em estudos anteriores jaacute se tinha verificado uma boa
reprodutibilidade dos ensaios
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios
26
26
Na segunda fase dos estudos realizou-se uma avaliaccedilatildeo do ruido da impedacircncia vs frequecircncia
laquoIn vivoraquo com as diferentes soluccedilotildees Estes ensaios foram realizados em 8 voluntaacuterios saudaacuteveis 6 do
sexo feminino e 2 do masculino Deste modo consegue-se escolher uma soluccedilatildeo para avanccedilar ao
estaacutegio seguinte que consistia na mediccedilatildeo e comparaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos obtidos tanto
com os eleacutetrodos de controlo como com os eleacutetrodos multipino porosos com a soluccedilatildeo hidratante mais
adequada Os resultados foram obtidos com a participaccedilatildeo de 2 voluntaacuterios saudaacuteveis de ambos sexos
341 Ensaios laquoIn vitroraquo
3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito
Nos ensaios de ruiacutedo eletroquiacutemico apenas foram utilizados eleacutetrodos multipino porosos
Fig14 (b) sendo um ligado ao terminal do eleacutetrodo de trabalho e o outro ao terminal do eleacutetrodo de
referecircncia A distacircncia entre os eleacutetrodos foi controlada durante o decorrer dos ensaios optando-se
por uma distacircncia de 3 cm entre os dois eleacutetrodos Foi tambeacutem realizada uma montagem de controlo
nas mesmas condiccedilotildees contudo esta era constituiacuteda por dois eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel
Electro-Cap International Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA)
Estabelecida a montagem do sistema eletroacutenico procedeu-se agrave mediccedilatildeo do ruiacutedo eleacutetrico em
circuito aberto para isso recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software ldquoESA410 Data Acquisitionrdquo da Gamry
um software projetado especificamente para a aquisiccedilatildeo e anaacutelise de sinais de ruiacutedo eletroquiacutemico
[37] Para aquisiccedilatildeo dos dados o ESA410trade associa-se ao potenciostato Gamry que faz aquisiccedilatildeo dos
dados em modo potenciostaacutetico a recolha dos dados eacute feita em circuito aberto O teste para cada
eleacutetrodo foi realizado ao longo de 12 minutos com uma taxa de amostragem constante de 1000 Hz
ao longo de todo o teste e um filtro de 10 A frequecircncia de amostragem foi escolhida tendo em conta
o Teorema de Nyquist que afirma que a frequecircncia de amostragem de um sinal analoacutegico para que
possa posteriormente ser reconstituiacutedo com o miacutenimo de perda de informaccedilatildeo deve ser igual ou maior
a duas vezes a maior frequecircncia do espectro desse sinal 119861 le119891119904
2 Por outras palavras a frequecircncia
maacutexima do sinal de entrada deveraacute ser menor ou igual a metade da taxa de amostragem [38] Para
que isto seja conseguido o sistema incorpora um filtro passa-baixo ldquoanti-aliasrdquo (deixa passar baixas
frequecircncias mas atenua as frequecircncias maiores do que a frequecircncia de Nyquist) [39]
3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito
Na montagem eletroacutenica dos ensaios de impedacircncia o contra eleacutetrodo era representado por
um eleacutetrodo comercial de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) o eleacutetrodo de trabalho um
eleacutetrodo poroso multipino (cada ensaio com as suas diferentes soluccedilotildees) e o eleacutetrodo de referecircncia
um eleacutetrodo de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) Fig14 (a) Optou-se tambeacutem pela
27
27
implementaccedilatildeo de um controlo com eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap International
Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap International Inc USA)
A obtenccedilatildeo dos dados eacute feita atraveacutes da teacutecnica de espectroscopia de impedacircncia
eletroquiacutemica em modo potenciostaacuteticordquo presente no software EIS300TM da Gamry neste modo de
funcionamento eacute aquirido um espectro de impedacircncia ao longo do intervalo de frequecircncias de 10 kHz
ateacute 01 Hz com uma tensatildeo AC aplicada (5 mV RMS) da tensatildeo de desvio DC (0 V vs circuito aberto)
e representados 3 pontos por deacutecada
(a) (b)
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo
342 Ensaios laquoIn vivoraquo
3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele
De modo a mensurar o ruiacutedo
causado pela interface entre o eletroacutelito e
a pele procedeu-se agrave montagem de um
sistema semelhante ao utilizado nos
ensaios do ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito dentro
de uma gaiola de Faraday contudo estes
ensaios foram realizados laquoIn vivoraquo
procedendo-se agrave colocaccedilatildeo dos dois
eleacutetrodos na zona anterior da tiacutebia com
um espaccedilo entre eles de 3 cm (Figura 15)
apoacutes a superfiacutecie da pele ter sido limpa
com etanol a 70
A montagem contava com um sistema de seguranccedila inserido em seacuterie no sistema de mediccedilatildeo
e que corta a corrente se esta for superior a 100 microA
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
28
28
A mediccedilatildeo do ruido foi feita tendo em conta o tipo de eleacutetrodo tendo-se para isso optado por
fazer as mediccedilotildees com eleacutetrodos do mesmo tipo ou seja num primeiro ensaio mensurou-se o ruido
entre 2 eleacutetrodos de pratacloreto de prata com o respetivo gel hidratante e numa segunda
abordagem optou-se por mensurar o ruido entre dois dos eleacutetrodos porosos com as diferentes soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 Contudo foi controlada a pressatildeo da banda que fixava os eleacutetrodos porosos
agrave tiacutebia sendo estipulado o valor da pressatildeo no intervalo de 15N a 2N
Neste ensaio o primeiro eleacutetrodo encontra-se ligado aos terminais dos eleacutetrodos de trabalho
o segundo ao terminal da referecircncia e o cabo do ground foi ligado agrave gaiola
Os paracircmetros dos ensaios foram os mesmos que os utilizados para a mediccedilatildeo do ruido
eleacutetrodo-eletroacutelito apresentados na secccedilatildeo 3411 contudo o tempo de aquisiccedilatildeo de sinal foi
reduzido a 5 minutos de modo a minorar o tempo de exposiccedilatildeo dos voluntaacuterios aos exames
3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele
laquoIn vivoraquo estes ensaios foram feitos logo
apoacutes a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico portanto a
superfiacutecie da pele se encontrava limpa e a
colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos obedecia agrave regra dos 3 cm
de distacircncia entre eleacutetrodos e 15-2N de pressatildeo
Para a mediccedilatildeo da impedacircncia eacute utilizada uma
configuraccedilatildeo diferente como referido no capitulo
33 Satildeo portanto utilizados 2 eleacutetrodos
comerciais de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH
Alemanha) um como referecircncia e outro como
contra eleacutetrodo e o eleacutetrodo em estudo
propiamente dito seja este o comercial (controlo)
ou o novo eleacutetrodo (Figura 16)
Os resultados obtidos para as diferentes
frequecircncias aleacutem de poderem ser representados
pelo diagrama de Nyquist como referido anteriormente podem tambeacutem ser representados num
Diagrama de Bode Neste diagrama a distribuiccedilatildeo dos valores de impedacircncia por vaacuterias ordens de
grandeza eacute representada em coordenadas polares (magnitude log|119885| em funccedilatildeo de log120596 )
3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos primariamente limpou-se a superfiacutecie do
escalpe com aacutelcool a 70 de modo a minimizar a camada gordurosa da pele De seguida procedeu-se
agrave colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos Foram colocados dois eleacutetrodos de AgAgCl (comerciais) um de forma a
servir como controlo (posiccedilatildeo O2) e outro em curto-circuito com o ground e a referecircncia (posiccedilatildeo
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino
durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia
29
29
Fp2) O eleacutetrodo poroso em estudo colocou-se a cerca de 3 cm do eleacutetrodo de AgAgCl posiccedilatildeo O2
de modo a captar o mesmo sinal que o obtido pelo eleacutetrodo de controlo (Figura 17)
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos
35 Implementaccedilatildeo em Matlab
Apoacutes a importaccedilatildeo do ficheiro obtido nos ensaios de ruiacutedo para o Matlab foi criado um filtro
Butterworth de ordem 20 de 05 ateacute 40 Hz atraveacutes da funccedilatildeo jaacute implementada pelo Matlab
ldquofdesignbandpassrdquo De seguida eacute aplicado o filtro duas vezes A primeira desde o primeiro ponto ateacute
o uacuteltimo e o segundo na ordem inversa Deste modo consegue-se natildeo soacute uma filtragem dupla mas
tambeacutem o cancelamento da fase dos filtros Assim efetivamente o filtro utilizado eacute de ordem 40 de
fase nula
De seguida eacute dividido o ensaio em segmentos de 30 segundos rejeitando os primeiros 10
segundos do ensaio Para cada segmento natildeo sobreposto eacute calculado o valor RMS da tensatildeo a
densidade espectral de potecircncia atraveacutes da estimaccedilatildeo pwelch do Matlab e o declive meacutedio (primeira
derivada do sinal) Contudo no final eacute calculada tambeacutem a densidade espectral de potecircncia global
que eacute expressa em dB
30
30
31
31
Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos
Resultados obtidos e discussatildeo
41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo
411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos
eleacutetrodos
Neste estudo eacute de extrema relevacircncia a eleiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante a utilizar Para isso
recorreu-se agrave realizaccedilatildeo de vaacuterios ensaios que possibilitassem uma avaliaccedilatildeo objetiva da resposta do
sistema Efetuou-se entatildeo primeiro uma anaacutelise do ruiacutedo ao longo de 12 minutos com os eleacutetrodos
multipino nas diferentes soluccedilotildees (um medido contra o outro) e a respetiva referecircncia de seguida
realizou-se um ensaio para mensurar a resistecircncia agrave passagem de corrente com os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees e a respetiva referecircncia
Assim sendo a Figura 18 revela a impedacircncia dos eleacutetrodos nas diferentes soluccedilotildees testadas
Nesta pode-se observar que a soluccedilatildeo 1 apresenta niacuteveis de impedacircncia ligeiramente mais baixos que
as restantes soluccedilotildees Contudo os seus niacuteveis encontram-se uma deacutecada acima dos valores obtidos
pelo eleacutetrodo e AgAgCl utilizado comercialmente com o respetivo gel hidratante Observa-se ainda
que os desvios padratildeo satildeo tatildeo baixos que quase natildeo satildeo percetiacuteveis o que significa que os ensaios satildeo
bastante reprodutiacuteveis Eacute tambeacutem importante notar que ao longo de todas as frequecircncias testadas
os valores de impedacircncia aleacutem de se encontrarem todos abaixo dos valores maacuteximos permitidos (20-
40 k) [35] encontram-se ainda abaixo dos 5 k referidos como valores de impedacircncia ideal por vaacuterios
fornecedores [40][41] o que eacute de extrema relevacircncia nos passos subsequentes de aquisiccedilatildeo do sinal
uma vez que eacute indispensaacutevel ter baixos niacuteveis de impedacircncia para conseguir captar ondas cerebrais
32
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Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Foram ainda feitas mediccedilotildees de ruiacutedo nas mesmas condiccedilotildees Realizando-se de seguida uma
anaacutelise no domiacutenio temporal e outra no domiacutenio das frequecircncias Para isso como foi referido no
capitulo 35 recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software Matlab A primeira anaacutelise eacute feita no domiacutenio
temporal (Figura 19 (a)) sob a forma de um graacutefico da tensatildeo meacutedia (RMS) em funccedilatildeo do tempo que
eacute obtida apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa-alto de modo a retirar a componente DC do sinal e assim
obter um sinal de ruiacutedo para altas frequecircncias que seraacute representado em periacuteodos de 30 segundos
Deste modo eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees da quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo de
estabilizaccedilatildeo do eleacutetrodo O que se observa eacute que os niacuteveis de ruiacutedo ao longo do tempo variam entre
185 microV ateacute 2 microV o que equivale a uma variaccedilatildeo maacutexima de 015 microV tanto para os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees como para o eleacutetrodo de AgAgCl no respetivo gel hidratante Observa-se
ainda que aleacutem das pequenas variaccedilotildees ao longo do tempo o desvio padratildeo para todas as soluccedilotildees eacute
muito semelhante sugerindo que natildeo haacute diferenccedilas significativas a niacutevel das soluccedilotildees implementadas
Eacute ainda de salientar que natildeo se observa nenhuma evoluccedilatildeo de ruiacutedo ao longo do tempo o que sugere
uma estabilizaccedilatildeo do sistema muito raacutepida A segunda anaacutelise no domiacutenio temporal corresponde ao
declive meacutedio (Figura 19 (b)) foi realizada recorrendo agrave primeira derivada do sinal em DC obtido a
cada 30 segundos Deste graacutefico eacute possiacutevel retirar informaccedilatildeo referente agrave deriva do potencial e ao
tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema Assim recorrendo agrave sua visualizaccedilatildeo observa-se que a
estabilizaccedilatildeo eacute feita de forma semelhante para todas as soluccedilotildees Contudo a soluccedilatildeo 3 apresenta
menos variaccedilotildees ao longo do tempo valores mais proacuteximos de zero e maior reprodutibilidade entre
ensaios Finalmente o teste de controlo efetuado com os eleacutetrodos comerciais de AgAgCl no gel
aparentam ser ligeiramente menos estaacuteveis contudo os valores se encontram na mesma gama de
tensotildees
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Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Para concluir realizou-se uma anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias para isso recorreu-se ao
graacutefico da densidade espectral de tensatildeo (Figura 20) Nele observa-se que os resultados do ruiacutedo do
sinal aumentam com a diminuiccedilatildeo das frequecircncias numa proporccedilatildeo 119903119906iacute119889119900 ~ 1 119891119903119890119902119906ecirc119899119888119894119886frasl
confirmando os estudos feitos por E Huigen em 2002 [20] No entanto estes tendem a estabilizar a
partir dos 10 Hz em valores proacuteximos dos -238 dB Eacute de referir que a para frequecircncias elevadas o
sinal de ruiacutedo eacute determinado pelo ruiacutedo do amplificador e natildeo pelo ruiacutedo da interface metal-eletroacutelito
uma vez que este eacute significativamente menor do que o ruiacutedo do amplificador impedindo assim a sua
mediccedilatildeo mesmo com equipamentos de baixo ruiacutedo [20]
34
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Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
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a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
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Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
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Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
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Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
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39
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
40
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
41
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Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
42
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Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
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Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
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Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
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Anexos
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Tabela 1 Classificaccedilatildeo convencional dos sinais de EEG tendo em conta a gama de frequecircncias em
que se encontram com indicaccedilatildeo das situaccedilotildees tiacutepicas de ocorrecircncia [6]
ONDA FREQUEcircNCIA OCORREM DURANTE
Delta lt35 Hz Momentos do sono profundo
Theta 4-7 Hz Meditaccedilatildeo e relaxamento profundo
Alfa 8-13 Hz Estados mentais relaxados e no
sono
Beta gt13 Hz Estado normal de vigila
As designadas mediccedilotildees eletroencefalograacuteficas tecircm sido amplamente desenvolvidas e exploradas
por vaacuterios motivos que incluem a sua elevada resoluccedilatildeo temporal (na ordem dos milissegundos) e a
sua sensibilidade tanto agrave duraccedilatildeo como agrave intensidade da atividade neural resultado da sincronizaccedilatildeo
da atividade dos neuroacutenios Eacute tambeacutem uma teacutecnica muito atrativa uma vez que representa um
baixiacutessimo risco para os pacientes por ser um meacutetodo geralmente natildeo invasivo A teacutecnica EEG tem a
grande vantagem de possuir uma excelente resoluccedilatildeo temporal dos sinais Contudo sua principal
limitaccedilatildeo passa pela resoluccedilatildeo espacial uma vez que a propagaccedilatildeo da atividade eleacutetrica ao longo das
vias fisioloacutegicas e do cracircnio pode dar uma impressatildeo errada da localizaccedilatildeo da fonte da atividade
eleacutetrica resultando numa insuficiecircncia de detalhes espaciais para identificar as estruturas e funccedilotildees
relacionadas com a atividade eleacutetrica Todavia embora o sinal eleacutetrico tenha de ser transmitido
atraveacutes dos tecidos e isto provoca uma reduccedilatildeo da intensidade do sinal e pequenas distorccedilotildees assume-
se que esta atividade eacute a mesma tanto na superfiacutecie do coacutertex (local onde as ondas emergem) como
no escalpe (local onde as ondas satildeo coletadas) [5][7]
Na literatura aparecem relatos do uso de vaacuterios tipos de EEG para avaliar grupos de pacientes com
diferentes doenccedilas tais como tumores enxaquecas depressotildees e esquizofrenia no entanto na
clinica o EEG eacute sobretudo utilizado para diagnosticar doenccedilas vasculares cerebrais demecircncias e
encefalopatias [7][8][9] Todavia as aplicaccedilotildees hoje em dia para este tipo de sinais e seus sistemas
de eleacutetrodos satildeo inuacutemeras podendo-se destacar as interfaces ceacuterebro-maacutequina como uma das
principais Este tipo de interfaces procura atraveacutes das ondas produzidas no foro cerebral controlar
equipamentos sejam estes cliacutenicos ou natildeo Eacute possiacutevel detetar padrotildees de ativaccedilatildeo gerados pelo
ceacuterebro atraveacutes da colocaccedilatildeo de eleacutetrodos e anaacutelise dos sinais eletroencefalograacuteficos recolhidos tanto
no exterior como no interior da superfiacutecie encefaacutelica Os sinais captados indicam a atividade cerebral
do utilizador que apoacutes deteccedilatildeo e classificaccedilatildeo satildeo traduzidos para uma saiacuteda como por exemplo
o movimento de um cursor de um computador associado ao rato ou de qualquer dispositivo artificial
externo Os sinais de EEG natildeo-invasivos satildeo utilizados em aplicaccedilotildees de Interface ceacuterebro maacutequina
(ICM1) pois estes oferecem um niacutevel de qualidade de sinal aceitaacutevel que combina custos reduzidos e
facilidade de utilizaccedilatildeo[10]
Com o surgimento de outros meacutetodos de diagnoacutestico a utilizaccedilatildeo da eletroencefalografia entrou
em decaimento no entanto a associaccedilatildeo desta teacutecnica com o domiacutenio informaacutetico os seus baixos
1 ldquoA Interface ceacuterebro-maacutequina eacute um sistema que permite a interaccedilatildeo entre o utilizador e o meio que o cerca utilizando sinais de controlo gerados por meio da atividade cerebral O aprimoramento das pesquisas em ICM estaacute relacionado principalmente com os avanccedilos da neurofisiologia e computaccedilatildeo As pesquisas iniciais
dedicaram-se ao desenvolvimento de dispositivos de comunicaccedilatildeo de pessoas que perderam o controlo muscular voluntaacuterio (hellip)rdquo Mussatto Greice em [10] Atualmente satildeo frequentemente direcionados para auxiliar aumentar ou reparar a cogniccedilatildeo humana ou as funccedilotildees sensoriais e motoras
3
3
custos (quando comparados com as outras teacutecnicas) a facilidade na realizaccedilatildeo dos exames o pequeno
espaccedilo ocupado pelos equipamentos e a sua natureza inoacutecua vieram a dar-lhe um novo impulso
conquistando um lugar proeminente no diagnoacutestico de vaacuterias patologias cerebrais [11][12] Isso tornou
possiacutevel inclusive o mapeamento cerebral em escala de cores (a gradaccedilatildeo das cores relaciona-se
com a amplitude dos potenciais) muito popular atualmente As teacutecnicas para a obtenccedilatildeo e registo
foram por isso aprimoradas nos uacuteltimos anos evoluindo do registo em papel com um nuacutemero reduzido
de canais ao registo contiacutenuo em equipamentos de ateacute 256 canais acoplado ao registo de viacutedeo digital
atraveacutes de equipamentos dotados com sistemas wireless peccedilas de hardwares e softwares sofisticadas
para armazenamento de dados e complementar a anaacutelise visual atraveacutes da anaacutelise computacional
Contudo embora os avanccedilos informaacuteticos tenham sido importantes para o desenvolvimento desta
teacutecnica a questatildeo do eleacutetrodo a utilizar nas mediccedilotildees eacute essencial uma vez que os bioeleacutetrodos de
superfiacutecie satildeo responsaacuteveis pela captaccedilatildeo dos sinais na interface entre a pele e o equipamento de
aquisiccedilatildeo e registo sendo tambeacutem considerados o elo mais fraco na cadeia de aquisiccedilatildeo de sinal
(constituindo a maior fonte de ruiacutedo e de instabilidade) [12]
Existe uma vasta gama de eleacutetrodos disponiacuteveis incluindo eleacutetrodos de superfiacutecie descartaacuteveis ou
reutilizaacuteveis e eleacutetrodos profundos[13] Dentro dos eleacutetrodos profundos (intracranianos) mais
utilizados encontram-se os eleacutetrodos intracerebrais e os subdurais Eacute importante referir a existecircncia
destes eleacutetrodos contudo os eleacutetrodos abordados neste relatoacuterio satildeo os eleacutetrodos de superfiacutecie ou
seja aqueles que satildeo colocados sobre o escalpe Existem vaacuterias alternativas para a sua classificaccedilatildeo
todavia aqui seratildeo abordadas aquelas que se relacionam com a presenccedila ou ausecircncia de produtos
hidratantes utilizando o termo ldquoeleacutetrodos huacutemidosrdquo para aqueles que necessitam de uma soluccedilatildeo
hidratantegel e ldquoeleacutetrodos secosrdquo para aqueles que natildeo a exigem
Os principais tipos de eleacutetrodos utilizados na cliacutenica atualmente para a recolha de sinais
eletroencefalograacuteficos satildeo os eleacutetrodos de prata ouro e estanho Um eleacutetrodo do tipo Prata-Cloreto
de Prata (AgAgCl) (Figura 1) eacute um tipo de eleacutetrodo considerado como tendo caracteriacutesticas desejaacuteveis
de qualidade e estabilidade que o tornam em geral um eleacutetrodo de referecircncia no estado da arte
sendo vulgarmente utilizado em mediccedilotildees eletroquiacutemicas [14] Os fenoacutemenos que ocorrem quando
um eleacutetrodo metaacutelico entra em contacto com um eletroacutelito estatildeo na base da captaccedilatildeo dos sinais que
se pretende realizar Ocorre uma troca ioacutenica como resultado de uma reaccedilatildeo eletroquiacutemica associada
ao contacto Existindo uma tendecircncia para que os aacutetomos do metal percam eletrotildees e estes passem
para o eletroacutelito (oxidaccedilatildeo) fazendo assim com que o eleacutetrodo fique carregado negativamente no
que diz respeito ao eletroacutelito Contudo natildeo se trata de um processo estaacutetico e por conseguinte ocorre
igualmente a reaccedilatildeo contraacuteria ateacute se estabelecer o equiliacutebrio (reduccedilatildeo) [14] Este processo eacute descrito
pela Equaccedilatildeo de Nernst atraveacutes da qual eacute possiacutevel obter a constante de equiliacutebrio de uma
determinada reaccedilatildeo que envolva transferecircncia de eletrotildees Deste modo para uma reaccedilatildeo de
oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo (redox) temos
minus119899 119865119864 = minus119899 1198651198640 + 119877119879 119897119899 119876 hArr 119864 = 1198640 minus119877119879
119899119865119897119899 119876
( 1 )
Verifica-se que no ponto de equiliacutebrio o valor de Q pode ser descrito como K (contante de
equiliacutebrio da reaccedilatildeo) e considerando a constante universal dos gases perfeitos (R = 831 J K-1 mol-1 )
a carga eleacutetrica de uma mole de eletrotildees (F = 96485 Cmiddotmol-1) e que o ensaio decorre agrave temperatura
ambiente (T = 2982 K (25 degC)) obteacutem-se
E=E0-00257
nlnQ hArr 0=E0-
00257
nlnK hArr E0=
00257
nlnK hArr lnK=
n ∙ E0
00257
( 2 )
4
4
Onde Eordm se obteacutem a partir dos potenciais normais dos eleacutetrodos n eacute o nuacutemero de moles de eletrotildees
transferidos e Q eacute o quociente entre os produtos das atividades de produtos e reagentes na reaccedilatildeo
No caso da pele humana existem pequenas quantidades de NaCl (01-04) desta forma o aniatildeo
cloreto presente iraacute reagir com a prata do eleacutetrodo dando origem a uma diferenccedila de potencial
relacionado com a concentraccedilatildeo de cloreto [3] Portanto as trocas ioacutenicas que ocorrem na pele na
presenccedila deste eleacutetrodo satildeo representadas na ( 3
119860119892 + 119862119897minus 119860119892119862119897 + 119890minus ( 3 )
Este tipo de eleacutetrodos satildeo os mais utilizados hoje em dia na clinica
e satildeo fabricados como o nome o indica em prata agrave qual eacute aplicado um
revestimento de cloreto de prata Trata-se de um metal bem tolerado
pelo organismo humano que permite a obtenccedilatildeo de bons resultados
uma vez que aleacutem disso estes apresentam niacuteveis de ruido reduzidos e
natildeo satildeo facilmente polarizaacuteveis [3] no entanto a sua utilizaccedilatildeo exige
uma preparaccedilatildeo preacutevia da pele e a aplicaccedilatildeo de uma pasta condutora
(gel) que por vezes eacute desconfortaacutevel para o paciente sendo suscetiacutevel
de causar alergias e tornando o processo mais demorado uma vez que
a preparaccedilatildeolimpeza dos eleacutetrodos requer alguns cuidados e deve ser executada por um teacutecnico
Surgiu entatildeo a motivaccedilatildeo para criar novos eleacutetrodos secos que ultrapassassem estas dificuldades
dispensando a utilizaccedilatildeo do gel e a preparaccedilatildeo da pele todavia uma vez que o contacto liacutequido estaacute
ausente a impedacircncia interfacial eacute consideravelmente mais elevada (1 M contra 10-20 k)
refletindo-se numa maior sensibilidade ao movimento e de maneira geral na presenccedila de um maior
niacutevel de ruiacutedo o que exige preacute-amplificaccedilatildeo integrada Os custos associados agrave produccedilatildeo deste tipo de
eleacutetrodo satildeo tambeacutem mais elevados do que no caso dos eleacutetrodos convencionais
De modo a resolver estes problemas foi desenvolvido um novo
tipo de bioeleacutetrodo (Figura 2) [15] o qual tem a capacidade de
manter huacutemido o ponto de contacto com a pele evitando contudo
a utilizaccedilatildeo de pastas condutoras Este efeito foi conseguido usando
o princiacutepio da caneta de feltro o contacto com o escalpe eacute efetuado
a partir de vaacuterios pinos fabricados a partir de um poliacutemero poroso
acoplado a um pequeno reservatoacuterio com uma soluccedilatildeo hidratante os
pinos forneceratildeo entatildeo de forma controlada pelos efeitos
combinados da capilaridade e gravidade a soluccedilatildeo hidratante ao
ponto de contacto com o escalpe A sua forma oferece tambeacutem
muacuteltiplos pontos de contacto de modo a minimizar o ruiacutedo e obter
melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
O desenvolvimento destes eleacutetrodos compreenderaacute varias fases a primeira fase a implementar
seraacute a fabricaccedilatildeo da superfiacutecie porosa atraveacutes da compressatildeo de poacutes de policarbonato (PC) de seguida
seraacute feita a montagem dos diferentes componentes do eleacutetrodo nomeadamente a esponja o frio de
prata e o tubo de policloreto de polivinilo (PVC) que funcionaraacute como reservatoacuterio Finalmente seratildeo
preparadas e testadas vaacuterias soluccedilotildees com os mesmos componentes em diferentes concentraccedilotildees de
modo a concluir qual soluccedilatildeo fornece uma melhor hidrataccedilatildeo da pele otimizando assim os resultados
Figura 1 Eleacutetrodo de superfiacutecie comercial (Eleacutetrodo de controlo)
Figura 2 Corte transversal do bioeleacutetrodo de superfiacutecie em estudo com reservatoacuterio
para a soluccedilatildeo hidratante
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5
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6
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7
Capiacutetulo 2 Enquadramento teoacuterico
Enquadramento teoacuterico
A EEG eacute um registo associado a uma teacutecnica cliacutenica que se baseia na aquisiccedilatildeo dos sinais produzidos
no coacutertex cerebral A obtenccedilatildeo dos mesmos eacute possiacutevel uma vez que aiacute existem ceacutelulas excitaacuteveis
capazes de conduzir os impulsos nervosos os neuroacutenios Estes impulsos geram correntes eleacutetricas
atraveacutes do corpo da ceacutelula ateacute uma zona chamada zona de disparo Neste local as correntes dirigem-
se ao espaccedilo extracelular provocando uma diferenccedila de potencial que desencadearaacute um novo estiacutemulo
na proacutexima ceacutelula e que contribuiraacute para a produccedilatildeo dos referidos sinais
21 Sistema nervoso
O sistema nervoso eacute responsaacutevel pela maioria das funccedilotildees de controlo no organismo coordenando
e regulando as atividades corporais Isto eacute feito atraveacutes da interpretaccedilatildeo e resposta a estiacutemulos Este
sistema eacute convencionalmente dividido em duas categorias o sistema nervoso central (SNC) que se
verifica tratar do desenvolvimento das respostas aos estiacutemulos e o sistema nervoso perifeacuterico (SNP)
o responsaacutevel pela conduccedilatildeo do estiacutemulo nervoso No caso do SNC podem distinguir-se vaacuterios oacutergatildeos
o enceacutefalo (constituiacutedo pelo ceacuterebro cerebelo e tronco encefaacutelico) e a espinal medula Jaacute no caso do
SNP esta divisatildeo eacute feita atraveacutes da distinccedilatildeo entre nervos cranianos ou espinhais [16] Os nervos satildeo
essencialmente um conjunto de axoacutenios e dendrites de vaacuterios neuroacutenios
Os neurocircnios que datildeo origem aos nervos satildeo ceacutelulas com capacidade excitatoacuteria capazes de
transmitir sinais nervosos Contudo as ceacutelulas da glia tambeacutem presentes no sistema nervoso
sobretudo nos nervos satildeo as principais responsaacuteveis pela propagaccedilatildeo orientada do estiacutemulo uma vez
que ao recobrirem o axoacutenio criam circuitos neuronais independentes [16]
Os axoacutenios transmitem pulsos eleacutetricos devido agrave presenccedila de canais ioacutenicos que abrem e fecham
de modo a controlar as concentraccedilotildees dos diferentes iotildees nos meios interno e externo da ceacutelula
8
8
211 Propagaccedilatildeo do sinal
Um impulso nervoso origina a transmissatildeo de um sinal codificado ao longo da membrana do
neuroacutenio Para compreender esta transmissatildeo dentro do proacuteprio neuroacutenio eacute necessaacuterio conhecer o
conceito de potenciais de repouso e de accedilatildeo
N as fases em que se verifica existir potenciais de repouso os iotildees de soacutedio entram para a ceacutelula
atraveacutes de transporte passivo uma vez que a concentraccedilatildeo destes eacute menor no interior da ceacutelula (a
favor do gradiente de concentraccedilatildeo) Posteriormente daacute-se a sua expulsatildeo de forma ativa ao mesmo
tempo que entram iotildees de potaacutessio ativamente Finalmente os iotildees de potaacutessio voltam passivamente
ao exterior da membrana outorgando agrave ceacutelula uma carga positiva Diz-se entatildeo que esta se encontra
polarizada Nas ceacutelulas nervosas o potencial de membrana ronda os -90mV [6]
Os potenciais de accedilatildeo satildeo os responsaacuteveis pela propagaccedilatildeo do estiacutemulo nervoso contudo a sua
duraccedilatildeo natildeo ultrapassa alguns milissegundos (ver a Figura 3) Esta propagaccedilatildeo ocorre quando o
potencial de membrana que se encontra nos -90mV passa a ocupar valores de -50 a -70mV devido a
uma perturbaccedilatildeo externa de modo a responder a esta situaccedilatildeo ocorre a passagem por difusatildeo dos
iotildees de soacutedio para o interior da ceacutelula resultando na alteraccedilatildeo dos potenciais ateacute entatildeo negativos
para valores que podem chegar a +35mV De seguida a ceacutelula expulsa ativamente o soacutedio alterando
assim o potencial para aproximadamente -95mV Daacute-se entatildeo a repolarizaccedilatildeo atraveacutes da bomba de
Na+K+ ou seja a ceacutelula volta agraves condiccedilotildees iniciais [6]
Apoacutes um sinal ser transportando atraveacutes de um neuroacutenio eacute necessaacuterio que este seja comunicado
ao neuroacutenio seguinte de modo a manter a transmissatildeo do impulso Esta transferecircncia daacute-se em locais
especiacuteficos e pode ser feita eletricamente (atraveacutes de iotildees) ou quimicamente (atraveacutes de uma fenda
sinaacuteptica onde um neurotransmissor eacute libertado e se liga a recetores especiacuteficos do neuroacutenio poacutes-
sinaacuteptico) [6][16]
Figura 3 Representaccedilatildeo do fluxo ioacutenico durante o potencial de accedilatildeo (Adaptado de [16])
9
9
22 Aquisiccedilatildeo do sinal
Eacute impossiacutevel medir a atividade eleacutetrica gerada por um uacutenico neuroacutenio contudo a aquisiccedilatildeo do
sinal electroencefalograacutefico soacute eacute possiacutevel graccedilas agrave emissatildeo parcialmente sincronizada do impulso
nervoso numa parte significativa do coacutertex cerebral Deste modo o EEG reflete o somatoacuterio da
atividade siacutencrona de milhares de neuroacutenios com uma orientaccedilatildeo espacial semelhante assessorando
assim a aquisiccedilatildeo de um sinal reprodutiacutevel e mensuraacutevel que possibilita uma interpretaccedilatildeo fidedigna
[16]
Esta teacutecnica permite o registo da atividade eleacutetrica do ceacuterebro Eacute um procedimento raacutepido
simples e indolor no qual os impulsos eleacutetricos do ceacuterebro satildeo amplificados e registrados em papel
atraveacutes de um galvanoacutemetro ou em formato digital O seu interesse prende-se natildeo soacute com os baixos
custos da teacutecnica como tambeacutem com a obtenccedilatildeo em tempo real destes sinais de modo a conseguir
diagnosticar eventuais anomalias
A EEG quando comparada com outras teacutecnicas como por exemplo o eletrocardiograma (ECG)
apresenta uma maior dificuldade na obtenccedilatildeo dos dados uma vez que a tensatildeo a captar eacute de muito
menor amplitude os sinais por vezes encontram-se na regiatildeo do ruiacutedo eleacutetrico e aleacutem disso os
amplificadores comuns natildeo fornecem uma banda de funcionamento que consiga amplificar o sinal de
forma eficaz o que exige a utilizaccedilatildeo de amplificadores especialmente desenhados [6] Contudo
estas limitaccedilotildees natildeo impediram o avanccedilo desta tecnologia Ao longo do tempo as teacutecnicas de obtenccedilatildeo
dos dados foram-se aprimorando tendo chegado na fase de maturidade agrave arquitetura ilustrada na
Figura 4 em que a saiacuteda eacute representada em papel desenhada por canetas conduzidas por mecanismos
controlados por galvanoacutemetros Hoje em dia os sistemas evoluiacuteram sobretudo na parte final atraveacutes
da digitalizaccedilatildeo dos sinais filtrados e seu armazenamento num dispositivo digital Desta forma torna-
se muito mais flexiacutevel a fase de visualizaccedilatildeo dos sinais que eacute feita em monitores graacuteficos de
computador bem como a fase de armazenamento e arquivo e criaccedilatildeo de fichas de exame A
digitalizaccedilatildeo permite o processamento digital dos sinais a fim principalmente de os caracterizar do
ponto de vista morfoloacutegico e assim contribuir para a classificaccedilatildeo do ponto de vista cliacutenico
Figura 4 Diagrama de blocos representativo de um sistema para aquisiccedilatildeo de sinais
eletroencefalograacuteficos
A EEG eacute realizada atraveacutes da colocaccedilatildeo de eleacutetrodos no couro cabeludo obedecendo o
posicionamento dos mesmos a regras especiacuteficas pois a sua localizaccedilatildeo influencia os sinais captados
10
10
De modo a facilitar a comparaccedilatildeo dos resultados eacute habitualmente utilizado um sistema se
colocaccedilatildeo padratildeo chamado 10-20 (Figura 5) Segundo este padratildeo os locais onde os eleacutetrodos satildeo
colocados satildeo denominados por letras de acordo com as aacutereas cerebrais adjacentes seguidas de um
nuacutemero impar se o eleacutetrodo se encontrar no lado esquerdo da cabeccedila ou par se for no lado direito
[6]
Apoacutes a obtenccedilatildeo do sinal contiacutenuo de EEG eacute
possiacutevel distinguir vaacuterios tipos de ondas de acordo
com a sua amplitude e frequecircncia A amplitude das
ondas pode ir ateacute aos 200 μV e a frequecircncia ateacute 30Hz
A Figura 6 representa os diferentes tipos de ondas
As ondas delta satildeo ondas da mais baixa frequecircncia
e amplitudes elevadas que ocorrem em momentos do
sono profundo por outro lado as ondas teta
encontram-se na gama de frequecircncias de 4-7 Hz
contudo
continuam a apresentar grandes amplitudes e ocorrem
em estaacutegios de meditaccedilatildeo e relaxamento profundo as
ondas alfa apresentam por sua vez amplitudes meacutedias
e frequecircncias compreendidas entre os 8 e os 13 Hz
correspondendo a estados mentais relaxados no sono
Finalmente as ondas beta satildeo as de mais elevada
frequecircncia (gt13 Hz) com amplitudes de cerca de 10 μV
e ocorrem quando existe um estimulo visual ou no estado
normal de vigiacutelia [6]
221 Eleacutetrodos
Os eleacutetrodos constituem a interface entre o escalpe e o equipamento de mediccedilatildeo No caso de um
eleacutetrodo huacutemido quando a parte metaacutelica entra em contacto com o eletroacutelito tem lugar um processo
de oxidaccedilatildeoreduccedilatildeo de iotildeesaacutetomos que daacute lugar ao aparecimento de um potencial caracteriacutestico
As propriedades fiacutesico-quiacutemicas tanto do eleacutetrodo como do eletroacutelito afetam o valor do potencial
Quando eleacutetrodos idecircnticos satildeo submersos num eletroacutelito homogeacuteneo ambos assumem o mesmo
potencial com respeito ao eletroacutelito Contudo eleacutetrodos diferentes colocados nas mesmas condiccedilotildees
apresentam potenciais diferentes [6] Deste modo eacute sensato concluir que a amplitude do potencial
depende do material de que o eleacutetrodo eacute feito Por esse motivo os eleacutetrodos utilizados na cliacutenica satildeo
comumente produzidos com prata e cloreto de prata uma vez apresentam uma resistecircncia agrave passagem
Figura 5 Sistema internacional 10-20 para
a colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos em EEG
(Adaptado de [17])
Figura 6 Representaccedilatildeo das ondas eletroencefalograacuteficas registadas durante um
exame de EEG [5]
11
11
de corrente natildeo elevada e os seus niacuteveis de impedacircncia satildeo estaacuteveis ao longo de uma ampla gama de
frequecircncias
Contudo o material natildeo eacute o uacutenico paracircmetro que varia para escolher um eleacutetrodo Dependendo
das necessidades existem tambeacutem variedades morfoloacutegicas como os eleacutetrodos invasivos e os natildeo-
invasivos
2211 Eleacutetrodos invasivos
Dentro dos eleacutetrodos invasivos (intracranianos) os mais utilizados satildeo os eleacutetrodos profundos
intracerebrais e os subdurais [13] Os primeiros consistem em eleacutetrodos em forma de agulha feitos
de material flexiacutevel com muacuteltiplos pontos de contacto para registo Satildeo ideais para o registo de
atividade em aacutereas distantes da superfiacutecie Proporcionam ainda um registo preciso da regiatildeo
volumeacutetrica adjacente a cada ponto de registo no entanto a extensatildeo da dita aacuterea eacute limitada [18]
Portanto o uso deste tipo de eleacutetrodos eacute ideal apoacutes os resultados dos exames natildeo-invasivos sugerirem
um ldquoalvordquo provaacutevel Os eleacutetrodos subdurais que podem ser do tipo placa ou tira de silicone com
muacuteltiplos contatos de registo satildeo ideais para o registo de aacutereas extensas do coacutertex [14] Contudo os
eleacutetrodos subdurais podem natildeo registar adequadamente alteraccedilotildees localizadas em profundidade
Este tipo de eleacutetrodos deve apresentar dimensotildees reduzidas de modo a que o dano provocado no
tecido cerebral seja miacutenimo Devem tambeacutem apresentar locais de aplicaccedilatildeo suficientes para recolher
potenciais de muitos neuroacutenios simultaneamente No entanto devido agrave sua natureza altamente
invasiva soacute satildeo usados em casos especiais em que o seu uso pode trazer grandes benefiacutecios para o
paciente
2212 Eleacutetrodos natildeo invasivos
O foco deste estudo centra-se nos eleacutetrodos natildeo invasivos eleacutetrodos colocados na superfiacutecie do
escalpe O contacto entre o eleacutetrodo e a pele eacute facilitado (impedacircncia reduzida) pela utilizaccedilatildeo de
gel e se for esse o caso estaacute-se perante o caso dos eleacutetrodos huacutemidos Contudo a aplicaccedilatildeo deste
gel requer uma preparaccedilatildeo preacutevia da pele que por vezes pode ser demorada suscetiacutevel de
desencadear reaccedilotildees aleacutergicas e desconfortaacutevel para o paciente [3] Surgiu entatildeo a alternativa dos
eleacutetrodos secos eleacutetrodos capazes de aquirir sinais que dispensam a utilizaccedilatildeo de soluccedilotildees todavia
como resultado da ausecircncia do gel ou pasta condutora a impedacircncia interfacial eacute muito mais elevada
tornando indispensaacutevel a integraccedilatildeo de um andar de preacute-amplificaccedilatildeo no eleacutetrodo
Procurando contornar as dificuldades de cada teacutecnica optou-se pelo desenvolvimento de um
bioeleacutetrodo inovador que dispensa a utilizaccedilatildeo de gel mas que apesar disso manteacutem um bom contacto
com a pele humidificando-a
Entre os materiais disponiacuteveis para a fabricaccedilatildeo de eleacutetrodos encontram-se o accedilo inoxidaacutevel o
ouro (Au) o oacutexido de iriacutedio (IrO2)) a prata (Ag) etc [14] tendo-se optado por utilizar um fio de
prata revestido com uma fina camada de cloreto de prata uma vez que os eleacutetrodos fabricados com
12
12
este material apresentam niacuteveis de ruiacutedo reduzidos grande estabilidade do potencial eleacutetrico na gama
de frequecircncias utilizada e uma impedacircncia interfacial baixa [14][19]
23 Interface do eleacutetrodo com a pele
A pele eacute um oacutergatildeo que cobre e protege o corpo e que se observa estar organizado em muacuteltiplas
camadas Eacute composta de trecircs camadas principais a epiderme a derme e a hipoderme cada uma
delas com carateriacutesticas estruturais especiacuteficas que levam a diferentes niacuteveis de condutividade
eleacutetrica e que podem ser representados atraveacutes de modelos baseados em componentes eleacutetricos
baacutesicos [14] Podemos entatildeo do ponto de vista eleacutetrico simular os tecidos bioloacutegicos a partir de um
circuito eleacutetrico formado por resistecircncias e condensadores dispostos em redes com seacuteries e paralelos
agindo estes como condutores ou dieleacutetricos nos quais o fluxo de corrente seguiraacute o caminho de
menor oposiccedilatildeo (Figura 7) Um exemplo ilustrativo desta situaccedilatildeo estaacute representado para o stratum
corneum a camada mais perifeacuterica da epiderme como este tecido eacute relativamente pouco condutor
apresenta uma elevada impedacircncia agrave transmissatildeo das correntes eleacutetricas [20] Assim devido agraves suas
propriedades dieleacutetricas a sua pequena espessura e o seu posicionamento entre o eleacutetrodo condutor
exterior e os tecidos subjacentes mais condutores eacute possiacutevel a sua representaccedilatildeo por meio de um
condensador de placas paralelas
Figura 7 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da interface com a pele e
o seu modelo de circuito eletroacutenico equivalente Adaptado de [14]
O valor da capacidade eleacutetrica da pele estaacute relacionado com a espessura e composiccedilatildeo da camada
coacuternea e tem um valor tiacutepico no intervalo 002-006 microFcm2 [14]
Por outro lado uma vez que alguns iotildees conseguem atravessar o stratum corneum atraveacutes dos
elementos da pele (foliacuteculos do cabelo suor canais das glacircndulas sebaacuteceas imperfeiccedilotildees da pele)
isso pode ser representado coletivamente por uma resistecircncia que seraacute colocada em paralelo com o
condensador Como as camadas subjacentes agrave epiderme satildeo relativamente condutoras representam-
se por uma resistecircncia em seacuterie adicional A presenccedila de uma elevada densidade de foliacuteculos pilosos
(que atuam como derivaccedilotildees de baixa resistecircncia) daacute origem a um valor muito baixo na resistecircncia da
13
13
pele No entanto esta observaccedilatildeo eacute contrabalanccedilada pela dificuldade em fazer contato mecacircnico e
eleacutetrico firme Em tais casos a impedacircncia da pele eacute muito elevada e por vezes eacute necessaacuterio recorrer
agrave remoccedilatildeo dos pelos antes de realizar o exame [14]
231 Hidrataccedilatildeo da pele
O processo de hidrataccedilatildeo da pele humana acontece por duas vias a interna e a externa [21] No
caso da via interna isto acontece quando os queratinoacutecitos migram atraveacutes da derme e sofrem
alteraccedilotildees significativas uma vez que paralelamente a esse processo satildeo libertados liacutepidos e o fator
de hidrataccedilatildeo natural da pele (NMF - Natural moisturizer factor) No caso dos liacutepidos estes formam
uma barreira para a perda de aacutegua e ajudam a reter a hidrataccedilatildeo natural da pele Jaacute no caso da
hidrataccedilatildeo por via externa esta acontece quando introduzimos na pele substacircncias cosmeacuteticas e
farmacecircuticas com capacidades de humedecer as camadas externas da pele para isso na produccedilatildeo
destas substacircncias satildeo utilizadas principalmente trecircs tipos de ingredientes (1) os humectantes que
Incluem a glicerina a ureia e o aacutecido carboxiacutelico da pirrolidona (PCA) que atuam atraindo a aacutegua das
camadas inferiores da derme e ajudando a manter essa aacutegua no estrato coacuterneo (2) os agentes oclusivos
que aumentam os niacuteveis de humidade proporcionando uma barreira fiacutesica para a perda de aacutegua (ceras
oacuteleos e silicones) (3) os emolientes que procuram restaurar os NMF [21]
2311 O gel para utilizaccedilatildeo com os eleacutetrodos
O gel utilizado nos eleacutetrodos serve para (1) assegurar um bom contacto eleacutetrico com a pele do
paciente (2) facilitar a transferecircncia de carga na interface eleacutetrodo-eletroacutelito e assim (3) diminuir
a impedacircncia do estrato coacuterneo [14]
Existem dois tipos de gel o gel huacutemido normalmente denominados como pasta creme ou
substacircncia gelatinosa e o hidrogel Os primeiros satildeo geralmente compostos por aacutegua um agente
espessante bactericidasfungicidas sais ioacutenicos e um surfatante O sal ioacutenico tem como finalidade
conferir condutividade eleacutetrica ao gel e diminuir a impedacircncia eleacutetrica da pele atraveacutes da sua difusatildeo
na mesma Normalmente os sais utilizados satildeo o cloreto de soacutedio (NaCl) ou de potaacutessio (KCl) uma vez
que a maior parte dos iotildees presentes na superfiacutecie da pele humana satildeo o cloreto o soacutedio e o potaacutessio
permitindo assim que elevadas concentraccedilotildees destes sais sejam melhor toleradas pelo corpo
[14][18][22] Por outro lado o hidrogel eacute um gel soacutelido que incorpora hidrocoloacuteides naturais no
entanto a utilizaccedilatildeo destes agentes naturais por vezes provoca desempenhos variaacuteveis e cores pouco
atrativas levando assim agrave utilizaccedilatildeo de hidrocoloacuteides artificiais de modo a eliminar variabilidades
indesejadas
O hidrogel tecircm tendecircncia a causar menos irritaccedilotildees na pele quando comparado com o gel huacutemido
porque o hidrogel limita-se a garantir um bom contato eleacutetrico entre a pele e o eleacutetrodo sem afetar
as propriedades do stratum corneum [14]
14
14
O hidrogel eacute eletricamente mais resistivo do que o gel no entanto esta desvantagem eacute
compensada tanto pela utilizaccedilatildeo de maiores aacutereas com hidrogel como tambeacutem pela diminuiccedilatildeo da
espessura da camada do mesmo Contudo isto natildeo eacute suficiente uma vez que o hidrogel natildeo eacute tatildeo
eficaz na hidrataccedilatildeo da pele (tem tendecircncia a absorver humidade) dando assim como resultado um
aumento na impedacircncia da pele [14]
24 Teacutecnicas de revestimento da prata com cloreto de prata
Finas camadas de um determinado metal depositado sobre um substrato desemprenham
muitas vezes uma funccedilatildeo essencial em muitos dispositivos como por exemplo nos circuitos integrados
No caso dos eleacutetrodos eacute necessaacuterio revestir os fios de prata com finas camadas de cloreto de prata
com o intuito de auxiliar a concretizaccedilatildeo das trocas ioacutenicas referidas no capiacutetulo 1 equaccedilatildeo (1) de
modo a ter-se uma transduccedilatildeo do sinal ioacutenico num sinal eleacutetrico de forma eficaz e reversiacutevel Estas
camadas devem apresentar caracteriacutesticas rigorosamente controladas A espessura a estrutura
atoacutemica e a composiccedilatildeo quiacutemica devem ser uniformes [14][18] Eacute tambeacutem importante que exista
pouca ou nenhuma contaminaccedilatildeo por outras partiacuteculas
As propriedades dos filmes satildeo altamente dependentes dos processos de deposiccedilatildeo Estes
devem ter boa aderecircncia e prover uma boa cobertura Deste modo para a preparaccedilatildeo da prata para
eleacutetrodos a teacutecnica a utilizar deve ser a deposiccedilatildeo eletroquiacutemica atraveacutes de um processo que envolve
a deposiccedilatildeo de um material soacutelido por meio de uma reaccedilatildeo quiacutemica com ou sem recurso a energia
externa Neste caso os substratos de prata satildeo submersos numa soluccedilatildeo contendo um agente oxidante
(por exemplo cloreto feacuterrico) produzindo assim uma fina camada de cloreto de prata ( ( 4)
Ag + + FCl3 FeCl2 + Ag ( 4 )
Em geral a deposiccedilatildeo por electroless plating de um metal envolve a deposiccedilatildeo de um
revestimento metaacutelico a partir dos seus iotildees presentes num banho aquoso sobre uma superfiacutecie atraveacutes
de uma reaccedilatildeo de reduccedilatildeo quiacutemica controlada que eacute ativada pelo metal que estaacute a ser depositado
(reduzido) [23] Os revestimentos obtidos atraveacutes da implementaccedilatildeo desta teacutecnica satildeo geralmente
uniformes duros com elevadas resistecircncias agrave corrosatildeo e ao desgaste e apresentam baixo coeficiente
de fricccedilatildeo [24][25]
Existe contudo uma enorme variedade de meacutetodos eletroquiacutemicos que permitem a
oxidaccedilatildeodeposiccedilatildeo de finas camadas de cloreto de prata tais como a deposiccedilatildeo assistida por plasma
ou por feixes de iotildees o sputtering a deposiccedilatildeo quiacutemica e a deposiccedilatildeo fiacutesica em fase de vapor etc
[25] Todavia a execuccedilatildeo destes processos envolve a utilizaccedilatildeo de equipamentos altamente
especializados em ambiente de vaacutecuo vaacuterias soluccedilotildees e um campo eleacutetrico de modo a possibilitar a
transformaccedilatildeo de energia quiacutemica em energia eleacutetrica e vice-versa Finalmente um meacutetodo tambeacutem
bastante usado eacute a sinterizaccedilatildeo de poacute de cloreto de prata sobre o substrato metaacutelico dando origem
a um revestimento espesso e poroso
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15
25 Novo conceito de eleacutetrodo
O desenvolvimento do novo tipo de bioeleacutetrodo busca
colmatar as lacunas presentes nos eleacutetrodos disponiacuteveis
comercialmente (dos tipos huacutemido e seco) Tentando manter as
melhores carateriacutesticas de cada tipo de eleacutetrodo Para isso eacute
necessaacuterio desenvolver o eleacutetrodo com materiais condutores que
possibilitem as trocas ioacutenicas e aleacutem disso tenha a capacidade
de manter huacutemido o ponto de contacto com a pele de forma a
diminuir a impedacircncia na interface mas sem usar pastas ou gel
que sujam a pele
A hidrataccedilatildeo da pele por via externa nos ensaios a
realizar eacute feita atraveacutes da aplicaccedilatildeo de diferentes soluccedilotildees
hidratantes que se encontram embebidas numa esponja num
reservatoacuterio existente no eleacutetrodo (Figura 8) Estas soluccedilotildees tecircm a capacidade de migrar atraveacutes do
eleacutetrodo atraveacutes do efeito de capilaridade e gravidade uma vez que a base do eleacutetrodo eacute feita de
policarbonato com porosidade aberta adequada ao fenoacutemeno da capilaridade
O desenvolvimento deste bioeleacutetrodo inovador possibilita tambeacutem uma colocaccedilatildeo raacutepida
coacutemoda e segura Uma vez que estes passam a ser colocados com uma touca
Finalmente eacute tambeacutem importante referir que a forma do eleacutetrodo em multipino permitiraacute
numerosos pontos de contacto de modo a minimizar a impedacircncia do mesmo contribuindo para a
obtenccedilatildeo de melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
26 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
O ruiacutedo eacute um sinal interferente de natureza aleatoacuteria que provoca a degradaccedilatildeo de sinal
durante o seu processamento Em eletroacutenica diz respeito a quaisquer correntes ou tensotildees indesejadas
que mascaram o sinal que realmente interessa
Nos dispositivos e circuitos eletroacutenicos existem inuacutemeras fontes de ruiacutedo dai a importacircncia
na sua caraterizaccedilatildeo
Um tipo importante de ruiacutedo eacute o ruiacutedo de Johnson-Nyquist presente nos portadores de carga
e em todos os elementos com resistecircncia eleacutetrica Este tipo de ruiacutedo eacute caraterizado por uma densidade
espectral de potecircncia (do inglecircs power spectral density - PSD) uniforme e forma de onda gaussiana
[26]
O ruiacutedo de Johnson-Nyquist eacute comumente chamado ruiacutedo teacutermico e a sua tensatildeo eficaz pode
ser calculado atraveacutes da ( 5 para uma resistecircncia eleacutetrica R
Vt= radic4∙k∙T∙B∙R=radic16times1020
∙B∙R ( 5 )
Figura 8 Eleacutetrodo de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios A representa o fio de prata B a soluccedilatildeo condutora C a esponja do reservatoacuterio e D material de policarbonato de natureza porosa onde se estabelece o contacto com a pele
16
16
onde k representa a constante de Boltzmann em JK T a temperatura da resistecircncia em K B
a banda equivalente de ruiacutedo e R o valor da resistecircncia em Ohm
Para o caacutelculo da banda equivalente de ruiacutedo considera-se que o sistema tem uma funccedilatildeo de
transferecircncia do tipo 1198810
119881119894frasl = 119860(119895119891) e estaacute sujeito a uma entrada de ruiacutedo de PSD 119878119881119894
Deste modo
obtemos que o valor meacutedio da tensatildeo de ruiacutedo na saiacuteda para um amplificador seraacute
1198811198990
2 = int 119878119881119894 |A(jf)|2 partfinfin
0
( 6 )
Sendo |119860(119895119891)| usualmente uma funccedilatildeo do tipo
Figura 9 Funccedilatildeo de um filtro passa-baixos |119912(119947119943)|
Uma vez que as regiotildees sombreadas satildeo iguais pode-se simplificar o caacutelculo atraveacutes da aacuterea
de um retacircngulo com a mesma aacuterea que o quadrado da funccedilatildeo de transferecircncia Temos entatildeo que a
banda equivalente eacute dada por
B=1
|A0|2int |A(jf)|2 partf
infin
0
( 7 )
Outro tipo de ruiacutedo presente nos equipamentos eletroacutenicos que eacute interessante estudar eacute o
ruiacutedo ldquoshotrdquo ou ruiacutedo de corrente (Ish) que como o nome indica estaacute associado agrave corrente DC que
flui atraveacutes de uma barreira de potencial e pode ser representado por
Ish= radic2∙q∙IDc∙B ( 8 )
Onde q representa a carga eletroacutenica em coulomb e IDC a corrente contiacutenua meacutedia em ampere
Finalmente outro tipo de ruiacutedo a estudar seraacute o ruiacutedo 1f ldquoflickerrdquo ou ruiacutedo de contacto (If)
que ocorre devido agraves diferenccedilas nos niacuteveis de energia eleacutetricos quando existe um contato imperfeito
entre dois materiais Este tipo de ruiacutedo pode ser calculado atraveacutes de
119868119891 = 119870 ∙ 119868119863119888 ∙ radic119861
radic119891 ( 9 )
Onde K eacute um valor constante que depende do material e da geometria
A baixas frequecircncias este ruiacutedo eacute chamado de ruiacutedo ldquo1frdquo devido agrave tendecircncia caracteriacutestica
de decrescimento com a frequecircncia Eacute importante notar que a magnitude do ruido ldquoflickerrdquo pode ser
17
17
muito grande para pequenas frequecircncias o que leva a que seja a forma de ruiacutedo predominante em
circuitos de baixa frequecircncia
Considerando o ruiacutedo total como adiccedilatildeo das contribuiccedilotildees dos vaacuterios tipos de ruiacutedo na
configuraccedilatildeo eleacutetrica adotada para um amplificador pode-se considerar que o ruiacutedo na entrada segue
a representaccedilatildeo da Figura 10 da qual eacute possiacutevel retirar que
1198681198992 =
1198811198991199052 minus 119881119899
2 minus 1198811199052
1198771199042 ( 10 )
Na praacutetica In pode ser calculado atraveacutes da PSD do ruiacutedo total obtido com uma resistecircncia
elevada de modo a que 1198811198990≫ 119860radic119881119899
2 ∙ 1198811199052 e que Vn eacute a PSD do sistema com a entrada em curto circuito
Figura 10 Circuito representativo dos componentes do ruiacutedo do amplificador na entrada segundo o modelo Vn-In
No corpo humano a captaccedilatildeo dos biopotenciais no escalpe estaacute sujeita agrave presenccedila de ruiacutedo
eleacutetrico intriacutenseco indesejado na interface eleacutetrodogelpele que faz com que o processo de deteccedilatildeo
e anaacutelise dos sinais bioloacutegicos reais seja mais complicado Eacute necessaacuterio por isso caracterizar e
conhecer a magnitude e origem destas flutuaccedilotildees de modo a caraterizar a qualidade dos eleacutetrodos
desenvolvidos
O ruiacutedo eleacutetrodo-pele pode estar ligado agrave interface entre o eleacutetrodo e o eletroacutelito ou entatildeo
agrave interface eletroacutelito-pele No primeiro caso esta situaccedilatildeo pode ser mensurada atraveacutes da colocaccedilatildeo
de eleacutetrodos do mesmo tipo um contra o outro Por outro lado o ruiacutedo produzido pela interface
eletroacutelito-pele deve ser mensurado de uma forma indireta atraveacutes do contacto direto entre o eleacutetrodo
e a pele Nesta situaccedilatildeo o ruiacutedo eacute tipicamente mais elevado do que o que se obteacutem na interface
eleacutetrodo-eletroacutelito [3] Uma vez que os resultados obtidos nestes ensaios dependem diretamente do
estado da pele eacute importante garantir um tratamento preacutevio adequado
18
18
261 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio do tempo RMS e Deriva do potencial
A raiz do valor quadraacutetico meacutedio RMS (do inglecircs root mean square) ou valor eficaz eacute uma
medida estatiacutestica da magnitude de uma quantidade variaacutevel que pode ser calculada atraveacutes da
expressatildeo
120600119877119872119878 = radic1
119873 sum120600119894
2
119873
119894=1
= radic1206001
2 + 12060022 + ⋯+ 120600119873
2
119873 ( 11 )
Nos sinais a estudar satildeo calculados os valores RMS da parte alternada do sinal em intervalos
de tempo sucessivos Destes valores eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees acerca da evoluccedilatildeo temporal do
sinal assim como a quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo
Por outro lado a deriva do potencial eacute calculada recorrendo agrave primeira derivada do sinal nos
diferentes pontos pela componente contiacutenua do sinal sendo portanto de natureza lenta Eacute possiacutevel
por isso analisar a deriva do potencial e o tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema atraveacutes do recurso desde
caacutelculo
262 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio das frequecircncias Densidade espectral
A densidade espectral de potecircncia PSD eacute definida pela transformada de Fourier da funccedilatildeo
de autocorrelaccedilatildeo (Rxx (120591)) de um processo estacionaacuterio ou seja
Teorema de Wiener-Khintchine 119878119909(119891) = F[Rxx(120591)]= int Rxx(120591)119890minus 1198952120587119891120591119889120591infin
minusinfin
( 12 )
Por outras palavras a PSD descreve a distribuiccedilatildeo da variacircncia de um processo aleatoacuterio no
domiacutenio da frequecircncia [27][28]
No Matlab esta estimaccedilatildeo eacute feita atraveacutes da funccedilatildeo pwelch jaacute implementada esta segue o
meacutetodo Welch para o caacutelculo da PSD Este meacutetodo eacute baseado no conceito de utilizaccedilatildeo de
periodogramas de estimaccedilatildeo espectral que satildeo o resultado da conversatildeo de um sinal no domiacutenio
temporal para o domiacutenio da frequecircncia [29] Para isso o meacutetodo Welch segue o fundamento do
meacutetodo Bartlett contudo permite a sobreposiccedilatildeo de segmentos [30]
O meacutetodo Bartlett consiste primeiramente na divisatildeo do segmento original de N amostras em
K segmentos de comprimento M Para cada segmento eacute obtido o periodograma calculado atraveacutes da
transformada discreta de Fourier de seguida eacute calculado o quadrado do resultado e dividido por M
Finalmente eacute feita a meacutedia do resultado dos periodogramas para todos os segmentos de K amostras
resultando num uacutenico vetor de potenciais em funccedilatildeo da frequecircncia Ou seja a reparticcedilatildeo da potecircncia
ao longo do espetro [28]
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27 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo da impedacircncia
Um sistema eletroquiacutemico eacute aquele onde haacute a presenccedila de pelo menos uma fase condutora
eletroacutenica (eleacutetrodo) em contato direto com uma fase condutora ioacutenica (eletroacutelito) as quais originam
a interface eleacutetrodo-eletroacutelito onde se forma duma dupla camada eleacutetrica
A mediccedilatildeo da impedacircncia eletroquiacutemica em modo potenciostaacutetico eacute feita atraveacutes da
aplicaccedilatildeo de um sinal de potencial eleacutetrico sinusoidal 119881(119905) com cerca de 5 a 20 mV numa ceacutelula
eletroquiacutemica Satildeo medidas a resposta na forma de corrente eleacutetrica 119868(119905) e diferenccedila de fase entre
o sinal de potencial e o sinal da corrente [31] Ao medir a corrente alternada que atravessa a ceacutelula
eletroquiacutemica obtemos a impedacircncia Z da forma convencional 119885 = 119881119868 [32] Refira-se que a obtenccedilatildeo
da impedacircncia pode igualmente ser feita impondo uma perturbaccedilatildeo de corrente e medindo o
potencial A impedacircncia do eleacutetrodo reflete entatildeo a capacidade do eleacutetrodo para transferir carga a
determinada frequecircncia [32][33]
Deste modo tem-se se os valores da tensatildeo alternada V(t) e da intensidade I(t) forem
representados por
V(t)=V0∙ cos ωt
( 13 )
I(t)=I0∙ cos (ωt+φ) ( 14 )
No qual V0 representa a amplitude de pico do sinal 120596 a frequecircncia angular (120596 = 2120587119891) I0 a
amplitude do sinal de corrente e 120593 a diferenccedila de fase entre os dois sinais
Pela equaccedilatildeo de Euler
eiφ= cos φ +j sin φ ( 15 )
temos entatildeo que se φ=120596119905
V(t)= V0∙Re(ejωt) ( 16 )
representando essa tensatildeo alternada como uma parte real de uma grandeza complexa
temos que V(t) eacute equivalente a
V(t)=V0∙Re(119888119900119904120596119905 + 119895 ∙ 119904119894119899 120596119905) ( 17 )
Por outro lado atendendo agrave Equaccedilatildeo de Euler acima descrita a corrente eleacutetrica gerada
por um elemento de circuito em resposta a uma tensatildeo alternada pode ser escrita como
I(t)=I0∙Re(119890(120596119905+120593))
( 18 )
Deste modo a impedacircncia fica
Z(ω)=Z0∙ejφ
( 19 )
e aplicando a equaccedilatildeo de Euler
Z(ω)=Z ( cos φ + j sin φ ) ( 20 )
20
20
Obtemos uma equaccedilatildeo composta de uma parte real e uma parte imaginaacuteria possibilitando
assim a sua representaccedilatildeo num plano cartesiano onde a parte real corresponderaacute ao eixo das abcissas
e a parte imaginaria ao eixo das ordenadas (Diagrama de Nyquist)
Pode-se tambeacutem representar a impedacircncia como um vetor no plano complexo
Z (ω)=Re[Z(ω)]i +Im[Z(ω)]j ( 21 )
E se Z0 for o moacutedulo da impedacircncia a parte real de 119885(120596) escreve-se
Z=Z0∙ cos φ
( 22 )
sendo a parte imaginaacuteria representada por
Z=Z0∙ sin φ
( 23 )
que segundo a representaccedilatildeo de Fresnel corresponde a
Z(ω)=Z+ j Z
( 24 )
ou seja
1198850=|Z(ω)|=radicZ2+ Z
2 ( 25 )
e
tan φ = Z
Zfrasl ( 26 )
Os diagramas de Nyquist satildeo uacuteteis para reconhecer o tipo de processo envolvido Os diagramas
de Bode por outro lado mostram a dependecircncia direta do acircngulo de fase com a frequecircncia Este
uacuteltimo eacute particularmente interessante em escalas de frequecircncia muito diferentes uma vez que eacute
frequentemente representado atraveacutes da escala logariacutetmica portanto os resultados nos capiacutetulos
subsequentes seratildeo apresentados neste formato
21
21
A teacutecnica de Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica (do inglecircs Electrochemical
Impedance Spectroscopy - EIS) fornece uma visatildeo completa e detalhada das caracteriacutesticas eleacutetricas
da interface eleacutetrodo-eletroacutelito quando efetuada
numa gama suficientemente largada de frequecircncias
Na Figura 11 estaacute representado um esquema da
montagem experimental para mediccedilatildeo da
impedacircncia As reaccedilotildees eletroquiacutemicas satildeo em
essecircncia reaccedilotildees quiacutemicas em que ocorrem
transferecircncia de eletrotildees para um eleacutetrodo e como
regra ocorrem de acordo com princiacutepios quiacutemicos
gerais Haacute contudo certas caracteriacutesticas das
reaccedilotildees eletroquiacutemicas que satildeo uacutenicas Algumas
delas envolvem a transferecircncia de eletrotildees atraveacutes
de uma interface (reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo) o
que acarreta uma dependecircncia com as dimensotildees e
aacuterea do eleacutetrodo assim como tambeacutem das
propriedades da interface com o eleacutetrodo
Eacute habitual que os eleacutetrodos de AgAgCl apresentem potenciais relativamente baixos e
estaacuteveis Portanto a deposiccedilatildeo da camada de AgCl estabilizaraacute o potencial do eleacutetrodo e reduziraacute os
niacuteveis de impedacircncia Eacute de salientar que impedacircncias aceitaacuteveis para os eleacutetrodos de superfiacutecie devem
encontrar-se abaixo dos 5 k uma vez que quanto maior a impedacircncia maior seraacute a resistecircncia do
eleacutetrodo agrave passagem de corrente No entanto valores de 10 k ou mesmo 40 K ainda satildeo
considerados aceitaacuteveis dependendo dos autores [34][35]
Figura 11 Esquema representativo do ensaio potenciostaacutetico para mediccedilatildeo da impedacircncia
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Capiacutetulo 3 Materiais e meacutetodos
Materiais e meacutetodos
31 Preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes
Na preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes dissolveu-se cloreto de soacutedio (NaCl) em aacutegua
adicionando de seguida um tensioativo (tweencopy-80) e um humectante (propilenoglicol) As
concentraccedilotildees destes componentes variaram nas 3 soluccedilotildees conforme referido na Tabela 2 Conveacutem
referir que cada componente foi dissolvido em constante e contiacutenua agitaccedilatildeo numa placa de
agitaccedilatildeo tendo-se misturado primeiro o propilenogicol com o tweencopy e soacute depois com os restantes
compostos
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas
COMPONENTE INFORMACcedilAtildeO DO COMPONENTE SOLUCcedilAtildeO
1 2 3
NaCl (mV) VWR-BDH Prolabo Lote 27810295
09 09 09
Tweencopy-80 (VV) Acofarma
Lote 130287 3 3 5
Propilenoglicol(VV) Acofarma
Lote 131337 10 30 30
Aacutegua (VV) - qbp 100 qbp 100 qbp 100
A biocompatibilidade das mateacuterias-primas empregues para a obtenccedilatildeo das soluccedilotildees torna este
novo conceito de eleacutetrodo uma alternativa promissora para utilizaccedilatildeo cliacutenica Esta biocompatibilidade
estaacute inversamente relacionada com a concentraccedilatildeo de cloretos de soacutedio ou seja quanto menor a
concentraccedilatildeo tanto maior a biocompatibilidade das soluccedilotildees Por esse motivo as soluccedilotildees
desenvolvidas contavam com pequenas concentraccedilotildees de sais de modo a ser o mais semelhante
possiacutevel aos componentes ioacutenicos da proacutepria pele humana
24
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32 Produccedilatildeo dos novos eleacutetrodos
321 Produccedilatildeo da estrutura porosa de policarbonato
A produccedilatildeo da estrutura porosa (wicks) foi realizada atraveacutes da sinterizaccedilatildeo de poacutes de
policarbonato (PC)
No que diz respeito ao processo de fabrico propriamente
dito o primeiro passo consistiu na moagem da mateacuteria-prima
(policarbonato) de seguida estas partiacuteculas foram sinterizadas
atraveacutes de um equipamento designado por cilindro de sinterizaccedilatildeo
Este cilindro foi aquecido a uma temperatura de asymp170degC e atingida
esta gama de temperaturas colocaram-se as partiacuteculas no molde
ldquoWickrdquo com as dimensotildees apresentadas na Figura 12 que se
encontrava dentro do cilindro central Procedeu-se
imediatamente ao encaixe do pistatildeo no cilindro central Para
finalizar mergulhou-se em aacutegua fria o cilindro central contendo o
molde deixando de seguida secar agrave temperatura ambiente [36]
322 Preparaccedilatildeo dos eleacutetrodos de pratacloreto de prata
Para a deposiccedilatildeo da camada de cloreto de prata nos fios de prata recorreu-se a uma teacutecnica
de deposiccedilatildeo quiacutemica Para isso os fios de prata (Ag) (diacircmetro = 250 miacutecron 9999 Goodfellow
Cambridge) foram oxidados com uma soluccedilatildeo de cloreto de ferro (III) (MERCK Lote 7705-08-0) apoacutes
um preacute-tratamento que permitiu a remoccedilatildeo de impurezas e sujidades presentes na superfiacutecie dos fios
Este preacute-tratamento consistiu na limpeza da superfiacutecie dos fios com 2-propanol e posterior imersatildeo
dos mesmos numa tina de ultrassons com 2-propanol durante 10 minutos De seguida mergulharam-
se os fios de prata em aacutegua destilada de forma a remover todo o 2-propanol presente Finalmente
o processo de oxidaccedilatildeo consistiu em submergir os fios de prata numa soluccedilatildeo aquosa de FeCl3 50 mM
durante 2 minutos ao finalizar este periacuteodo foram armazenados durante 24h num recipiente revestido
com folha de alumiacutenio que possuiacutea uma soluccedilatildeo de HCl 01M para estabilizaccedilatildeo Os fios que natildeo foram
utilizados imediatamente foram armazenados num recipiente revestido com folha de alumiacutenio com
uma soluccedilatildeo de HCl 0005M O comprimento de cada fio de prata eacute aproximadamente de 8 cm
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato
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25
323 Montagem dos eleacutetrodos
Apoacutes o fabrico da estrutura porosa e da preparaccedilatildeo dos
fios de prata procedeu-se agrave montagem dos eleacutetrodos para isso
cortaram-se pequenas porccedilotildees de uma esponja em poliuretano
com configuraccedilatildeo ciliacutendrica e um diacircmetro semelhante ao da
parte superior da estrutura porosa De seguida atravessou-se esta
esponja com o fio de prata e inseriu-se o conjunto ldquoesponja +
arame de pratardquo dentro de um orifiacutecio superior que a estrutura
porosa possui Finalmente incorporou-se esta estrutura dentro de
um tubo de PVC de modo a atingir a configuraccedilatildeo apresentada na
Figura 13
33 Preparaccedilatildeo dos ensaios
Antes do iniacutecio dos ensaios os eleacutetrodos foram previamente lavados com 2-propanol e
colocados na estufa de modo a evaporar os resiacuteduos do aacutelcool Posteriormente foi aplicada a soluccedilatildeo
hidratante que se pretendia estudar de modo a que a esponja ficasse completamente embebida Desta
forma por uma parte os novos eleacutetrodos em estudo foram testados recorrendo agraves soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 e por outra os eleacutetrodos que serviram como controlo (eleacutetrodo de AgAgCl
(BIO EASYCAP GmbH Alemanha)) utilizaram o gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) Foram tambeacutem utilizados eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) como referecircncia
Para os estudos eletroquiacutemicos incorporaram-se os eleacutetrodos numa montagem constituiacuteda por
um potenciostatogalvanostato Gamry G-300 (Gamry Instruments USA) De modo a diminuir o ruiacutedo
eletroacutenico os ensaios foram todos realizados dentro de uma Gaiola de Faraday Eacute importante referir
que uma vez o nosso sistema de aquisiccedilatildeo de dados era ldquoearth groundedrdquo seguiu-se a sugestatildeo da
bula do Gamry e optou-se unicamente por ligar o ldquofloating groundrdquo agrave gaiola
34 Condiccedilotildees dos ensaios
A primeira parte do trabalho foi desenvolvida laquoIn vitroraquo com eleacutetrodos multipino foi feito
entatildeo um estudo do ruido eletroquiacutemico entre eleacutetrodos do mesmo tipo nas diferentes soluccedilotildees
referidas na Tabela 2 De seguida realizou-se um estudo das impedacircncias dos novos eleacutetrodos nas
diferentes soluccedilotildees seguidos por um estudo de controlo realizado nas mesmas condiccedilotildees com o
eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente e o correspondente gel hidratante Estes ensaios foram
reproduzidos 3 vezes uma vez que em estudos anteriores jaacute se tinha verificado uma boa
reprodutibilidade dos ensaios
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios
26
26
Na segunda fase dos estudos realizou-se uma avaliaccedilatildeo do ruido da impedacircncia vs frequecircncia
laquoIn vivoraquo com as diferentes soluccedilotildees Estes ensaios foram realizados em 8 voluntaacuterios saudaacuteveis 6 do
sexo feminino e 2 do masculino Deste modo consegue-se escolher uma soluccedilatildeo para avanccedilar ao
estaacutegio seguinte que consistia na mediccedilatildeo e comparaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos obtidos tanto
com os eleacutetrodos de controlo como com os eleacutetrodos multipino porosos com a soluccedilatildeo hidratante mais
adequada Os resultados foram obtidos com a participaccedilatildeo de 2 voluntaacuterios saudaacuteveis de ambos sexos
341 Ensaios laquoIn vitroraquo
3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito
Nos ensaios de ruiacutedo eletroquiacutemico apenas foram utilizados eleacutetrodos multipino porosos
Fig14 (b) sendo um ligado ao terminal do eleacutetrodo de trabalho e o outro ao terminal do eleacutetrodo de
referecircncia A distacircncia entre os eleacutetrodos foi controlada durante o decorrer dos ensaios optando-se
por uma distacircncia de 3 cm entre os dois eleacutetrodos Foi tambeacutem realizada uma montagem de controlo
nas mesmas condiccedilotildees contudo esta era constituiacuteda por dois eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel
Electro-Cap International Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA)
Estabelecida a montagem do sistema eletroacutenico procedeu-se agrave mediccedilatildeo do ruiacutedo eleacutetrico em
circuito aberto para isso recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software ldquoESA410 Data Acquisitionrdquo da Gamry
um software projetado especificamente para a aquisiccedilatildeo e anaacutelise de sinais de ruiacutedo eletroquiacutemico
[37] Para aquisiccedilatildeo dos dados o ESA410trade associa-se ao potenciostato Gamry que faz aquisiccedilatildeo dos
dados em modo potenciostaacutetico a recolha dos dados eacute feita em circuito aberto O teste para cada
eleacutetrodo foi realizado ao longo de 12 minutos com uma taxa de amostragem constante de 1000 Hz
ao longo de todo o teste e um filtro de 10 A frequecircncia de amostragem foi escolhida tendo em conta
o Teorema de Nyquist que afirma que a frequecircncia de amostragem de um sinal analoacutegico para que
possa posteriormente ser reconstituiacutedo com o miacutenimo de perda de informaccedilatildeo deve ser igual ou maior
a duas vezes a maior frequecircncia do espectro desse sinal 119861 le119891119904
2 Por outras palavras a frequecircncia
maacutexima do sinal de entrada deveraacute ser menor ou igual a metade da taxa de amostragem [38] Para
que isto seja conseguido o sistema incorpora um filtro passa-baixo ldquoanti-aliasrdquo (deixa passar baixas
frequecircncias mas atenua as frequecircncias maiores do que a frequecircncia de Nyquist) [39]
3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito
Na montagem eletroacutenica dos ensaios de impedacircncia o contra eleacutetrodo era representado por
um eleacutetrodo comercial de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) o eleacutetrodo de trabalho um
eleacutetrodo poroso multipino (cada ensaio com as suas diferentes soluccedilotildees) e o eleacutetrodo de referecircncia
um eleacutetrodo de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) Fig14 (a) Optou-se tambeacutem pela
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27
implementaccedilatildeo de um controlo com eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap International
Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap International Inc USA)
A obtenccedilatildeo dos dados eacute feita atraveacutes da teacutecnica de espectroscopia de impedacircncia
eletroquiacutemica em modo potenciostaacuteticordquo presente no software EIS300TM da Gamry neste modo de
funcionamento eacute aquirido um espectro de impedacircncia ao longo do intervalo de frequecircncias de 10 kHz
ateacute 01 Hz com uma tensatildeo AC aplicada (5 mV RMS) da tensatildeo de desvio DC (0 V vs circuito aberto)
e representados 3 pontos por deacutecada
(a) (b)
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo
342 Ensaios laquoIn vivoraquo
3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele
De modo a mensurar o ruiacutedo
causado pela interface entre o eletroacutelito e
a pele procedeu-se agrave montagem de um
sistema semelhante ao utilizado nos
ensaios do ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito dentro
de uma gaiola de Faraday contudo estes
ensaios foram realizados laquoIn vivoraquo
procedendo-se agrave colocaccedilatildeo dos dois
eleacutetrodos na zona anterior da tiacutebia com
um espaccedilo entre eles de 3 cm (Figura 15)
apoacutes a superfiacutecie da pele ter sido limpa
com etanol a 70
A montagem contava com um sistema de seguranccedila inserido em seacuterie no sistema de mediccedilatildeo
e que corta a corrente se esta for superior a 100 microA
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
28
28
A mediccedilatildeo do ruido foi feita tendo em conta o tipo de eleacutetrodo tendo-se para isso optado por
fazer as mediccedilotildees com eleacutetrodos do mesmo tipo ou seja num primeiro ensaio mensurou-se o ruido
entre 2 eleacutetrodos de pratacloreto de prata com o respetivo gel hidratante e numa segunda
abordagem optou-se por mensurar o ruido entre dois dos eleacutetrodos porosos com as diferentes soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 Contudo foi controlada a pressatildeo da banda que fixava os eleacutetrodos porosos
agrave tiacutebia sendo estipulado o valor da pressatildeo no intervalo de 15N a 2N
Neste ensaio o primeiro eleacutetrodo encontra-se ligado aos terminais dos eleacutetrodos de trabalho
o segundo ao terminal da referecircncia e o cabo do ground foi ligado agrave gaiola
Os paracircmetros dos ensaios foram os mesmos que os utilizados para a mediccedilatildeo do ruido
eleacutetrodo-eletroacutelito apresentados na secccedilatildeo 3411 contudo o tempo de aquisiccedilatildeo de sinal foi
reduzido a 5 minutos de modo a minorar o tempo de exposiccedilatildeo dos voluntaacuterios aos exames
3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele
laquoIn vivoraquo estes ensaios foram feitos logo
apoacutes a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico portanto a
superfiacutecie da pele se encontrava limpa e a
colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos obedecia agrave regra dos 3 cm
de distacircncia entre eleacutetrodos e 15-2N de pressatildeo
Para a mediccedilatildeo da impedacircncia eacute utilizada uma
configuraccedilatildeo diferente como referido no capitulo
33 Satildeo portanto utilizados 2 eleacutetrodos
comerciais de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH
Alemanha) um como referecircncia e outro como
contra eleacutetrodo e o eleacutetrodo em estudo
propiamente dito seja este o comercial (controlo)
ou o novo eleacutetrodo (Figura 16)
Os resultados obtidos para as diferentes
frequecircncias aleacutem de poderem ser representados
pelo diagrama de Nyquist como referido anteriormente podem tambeacutem ser representados num
Diagrama de Bode Neste diagrama a distribuiccedilatildeo dos valores de impedacircncia por vaacuterias ordens de
grandeza eacute representada em coordenadas polares (magnitude log|119885| em funccedilatildeo de log120596 )
3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos primariamente limpou-se a superfiacutecie do
escalpe com aacutelcool a 70 de modo a minimizar a camada gordurosa da pele De seguida procedeu-se
agrave colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos Foram colocados dois eleacutetrodos de AgAgCl (comerciais) um de forma a
servir como controlo (posiccedilatildeo O2) e outro em curto-circuito com o ground e a referecircncia (posiccedilatildeo
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino
durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia
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Fp2) O eleacutetrodo poroso em estudo colocou-se a cerca de 3 cm do eleacutetrodo de AgAgCl posiccedilatildeo O2
de modo a captar o mesmo sinal que o obtido pelo eleacutetrodo de controlo (Figura 17)
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos
35 Implementaccedilatildeo em Matlab
Apoacutes a importaccedilatildeo do ficheiro obtido nos ensaios de ruiacutedo para o Matlab foi criado um filtro
Butterworth de ordem 20 de 05 ateacute 40 Hz atraveacutes da funccedilatildeo jaacute implementada pelo Matlab
ldquofdesignbandpassrdquo De seguida eacute aplicado o filtro duas vezes A primeira desde o primeiro ponto ateacute
o uacuteltimo e o segundo na ordem inversa Deste modo consegue-se natildeo soacute uma filtragem dupla mas
tambeacutem o cancelamento da fase dos filtros Assim efetivamente o filtro utilizado eacute de ordem 40 de
fase nula
De seguida eacute dividido o ensaio em segmentos de 30 segundos rejeitando os primeiros 10
segundos do ensaio Para cada segmento natildeo sobreposto eacute calculado o valor RMS da tensatildeo a
densidade espectral de potecircncia atraveacutes da estimaccedilatildeo pwelch do Matlab e o declive meacutedio (primeira
derivada do sinal) Contudo no final eacute calculada tambeacutem a densidade espectral de potecircncia global
que eacute expressa em dB
30
30
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Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos
Resultados obtidos e discussatildeo
41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo
411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos
eleacutetrodos
Neste estudo eacute de extrema relevacircncia a eleiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante a utilizar Para isso
recorreu-se agrave realizaccedilatildeo de vaacuterios ensaios que possibilitassem uma avaliaccedilatildeo objetiva da resposta do
sistema Efetuou-se entatildeo primeiro uma anaacutelise do ruiacutedo ao longo de 12 minutos com os eleacutetrodos
multipino nas diferentes soluccedilotildees (um medido contra o outro) e a respetiva referecircncia de seguida
realizou-se um ensaio para mensurar a resistecircncia agrave passagem de corrente com os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees e a respetiva referecircncia
Assim sendo a Figura 18 revela a impedacircncia dos eleacutetrodos nas diferentes soluccedilotildees testadas
Nesta pode-se observar que a soluccedilatildeo 1 apresenta niacuteveis de impedacircncia ligeiramente mais baixos que
as restantes soluccedilotildees Contudo os seus niacuteveis encontram-se uma deacutecada acima dos valores obtidos
pelo eleacutetrodo e AgAgCl utilizado comercialmente com o respetivo gel hidratante Observa-se ainda
que os desvios padratildeo satildeo tatildeo baixos que quase natildeo satildeo percetiacuteveis o que significa que os ensaios satildeo
bastante reprodutiacuteveis Eacute tambeacutem importante notar que ao longo de todas as frequecircncias testadas
os valores de impedacircncia aleacutem de se encontrarem todos abaixo dos valores maacuteximos permitidos (20-
40 k) [35] encontram-se ainda abaixo dos 5 k referidos como valores de impedacircncia ideal por vaacuterios
fornecedores [40][41] o que eacute de extrema relevacircncia nos passos subsequentes de aquisiccedilatildeo do sinal
uma vez que eacute indispensaacutevel ter baixos niacuteveis de impedacircncia para conseguir captar ondas cerebrais
32
32
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Foram ainda feitas mediccedilotildees de ruiacutedo nas mesmas condiccedilotildees Realizando-se de seguida uma
anaacutelise no domiacutenio temporal e outra no domiacutenio das frequecircncias Para isso como foi referido no
capitulo 35 recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software Matlab A primeira anaacutelise eacute feita no domiacutenio
temporal (Figura 19 (a)) sob a forma de um graacutefico da tensatildeo meacutedia (RMS) em funccedilatildeo do tempo que
eacute obtida apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa-alto de modo a retirar a componente DC do sinal e assim
obter um sinal de ruiacutedo para altas frequecircncias que seraacute representado em periacuteodos de 30 segundos
Deste modo eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees da quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo de
estabilizaccedilatildeo do eleacutetrodo O que se observa eacute que os niacuteveis de ruiacutedo ao longo do tempo variam entre
185 microV ateacute 2 microV o que equivale a uma variaccedilatildeo maacutexima de 015 microV tanto para os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees como para o eleacutetrodo de AgAgCl no respetivo gel hidratante Observa-se
ainda que aleacutem das pequenas variaccedilotildees ao longo do tempo o desvio padratildeo para todas as soluccedilotildees eacute
muito semelhante sugerindo que natildeo haacute diferenccedilas significativas a niacutevel das soluccedilotildees implementadas
Eacute ainda de salientar que natildeo se observa nenhuma evoluccedilatildeo de ruiacutedo ao longo do tempo o que sugere
uma estabilizaccedilatildeo do sistema muito raacutepida A segunda anaacutelise no domiacutenio temporal corresponde ao
declive meacutedio (Figura 19 (b)) foi realizada recorrendo agrave primeira derivada do sinal em DC obtido a
cada 30 segundos Deste graacutefico eacute possiacutevel retirar informaccedilatildeo referente agrave deriva do potencial e ao
tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema Assim recorrendo agrave sua visualizaccedilatildeo observa-se que a
estabilizaccedilatildeo eacute feita de forma semelhante para todas as soluccedilotildees Contudo a soluccedilatildeo 3 apresenta
menos variaccedilotildees ao longo do tempo valores mais proacuteximos de zero e maior reprodutibilidade entre
ensaios Finalmente o teste de controlo efetuado com os eleacutetrodos comerciais de AgAgCl no gel
aparentam ser ligeiramente menos estaacuteveis contudo os valores se encontram na mesma gama de
tensotildees
33
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Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Para concluir realizou-se uma anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias para isso recorreu-se ao
graacutefico da densidade espectral de tensatildeo (Figura 20) Nele observa-se que os resultados do ruiacutedo do
sinal aumentam com a diminuiccedilatildeo das frequecircncias numa proporccedilatildeo 119903119906iacute119889119900 ~ 1 119891119903119890119902119906ecirc119899119888119894119886frasl
confirmando os estudos feitos por E Huigen em 2002 [20] No entanto estes tendem a estabilizar a
partir dos 10 Hz em valores proacuteximos dos -238 dB Eacute de referir que a para frequecircncias elevadas o
sinal de ruiacutedo eacute determinado pelo ruiacutedo do amplificador e natildeo pelo ruiacutedo da interface metal-eletroacutelito
uma vez que este eacute significativamente menor do que o ruiacutedo do amplificador impedindo assim a sua
mediccedilatildeo mesmo com equipamentos de baixo ruiacutedo [20]
34
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Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
35
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a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
36
36
Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
37
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Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
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38
Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
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39
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
40
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
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41
Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
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42
Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
43
43
Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
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Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
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Anexos
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custos (quando comparados com as outras teacutecnicas) a facilidade na realizaccedilatildeo dos exames o pequeno
espaccedilo ocupado pelos equipamentos e a sua natureza inoacutecua vieram a dar-lhe um novo impulso
conquistando um lugar proeminente no diagnoacutestico de vaacuterias patologias cerebrais [11][12] Isso tornou
possiacutevel inclusive o mapeamento cerebral em escala de cores (a gradaccedilatildeo das cores relaciona-se
com a amplitude dos potenciais) muito popular atualmente As teacutecnicas para a obtenccedilatildeo e registo
foram por isso aprimoradas nos uacuteltimos anos evoluindo do registo em papel com um nuacutemero reduzido
de canais ao registo contiacutenuo em equipamentos de ateacute 256 canais acoplado ao registo de viacutedeo digital
atraveacutes de equipamentos dotados com sistemas wireless peccedilas de hardwares e softwares sofisticadas
para armazenamento de dados e complementar a anaacutelise visual atraveacutes da anaacutelise computacional
Contudo embora os avanccedilos informaacuteticos tenham sido importantes para o desenvolvimento desta
teacutecnica a questatildeo do eleacutetrodo a utilizar nas mediccedilotildees eacute essencial uma vez que os bioeleacutetrodos de
superfiacutecie satildeo responsaacuteveis pela captaccedilatildeo dos sinais na interface entre a pele e o equipamento de
aquisiccedilatildeo e registo sendo tambeacutem considerados o elo mais fraco na cadeia de aquisiccedilatildeo de sinal
(constituindo a maior fonte de ruiacutedo e de instabilidade) [12]
Existe uma vasta gama de eleacutetrodos disponiacuteveis incluindo eleacutetrodos de superfiacutecie descartaacuteveis ou
reutilizaacuteveis e eleacutetrodos profundos[13] Dentro dos eleacutetrodos profundos (intracranianos) mais
utilizados encontram-se os eleacutetrodos intracerebrais e os subdurais Eacute importante referir a existecircncia
destes eleacutetrodos contudo os eleacutetrodos abordados neste relatoacuterio satildeo os eleacutetrodos de superfiacutecie ou
seja aqueles que satildeo colocados sobre o escalpe Existem vaacuterias alternativas para a sua classificaccedilatildeo
todavia aqui seratildeo abordadas aquelas que se relacionam com a presenccedila ou ausecircncia de produtos
hidratantes utilizando o termo ldquoeleacutetrodos huacutemidosrdquo para aqueles que necessitam de uma soluccedilatildeo
hidratantegel e ldquoeleacutetrodos secosrdquo para aqueles que natildeo a exigem
Os principais tipos de eleacutetrodos utilizados na cliacutenica atualmente para a recolha de sinais
eletroencefalograacuteficos satildeo os eleacutetrodos de prata ouro e estanho Um eleacutetrodo do tipo Prata-Cloreto
de Prata (AgAgCl) (Figura 1) eacute um tipo de eleacutetrodo considerado como tendo caracteriacutesticas desejaacuteveis
de qualidade e estabilidade que o tornam em geral um eleacutetrodo de referecircncia no estado da arte
sendo vulgarmente utilizado em mediccedilotildees eletroquiacutemicas [14] Os fenoacutemenos que ocorrem quando
um eleacutetrodo metaacutelico entra em contacto com um eletroacutelito estatildeo na base da captaccedilatildeo dos sinais que
se pretende realizar Ocorre uma troca ioacutenica como resultado de uma reaccedilatildeo eletroquiacutemica associada
ao contacto Existindo uma tendecircncia para que os aacutetomos do metal percam eletrotildees e estes passem
para o eletroacutelito (oxidaccedilatildeo) fazendo assim com que o eleacutetrodo fique carregado negativamente no
que diz respeito ao eletroacutelito Contudo natildeo se trata de um processo estaacutetico e por conseguinte ocorre
igualmente a reaccedilatildeo contraacuteria ateacute se estabelecer o equiliacutebrio (reduccedilatildeo) [14] Este processo eacute descrito
pela Equaccedilatildeo de Nernst atraveacutes da qual eacute possiacutevel obter a constante de equiliacutebrio de uma
determinada reaccedilatildeo que envolva transferecircncia de eletrotildees Deste modo para uma reaccedilatildeo de
oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo (redox) temos
minus119899 119865119864 = minus119899 1198651198640 + 119877119879 119897119899 119876 hArr 119864 = 1198640 minus119877119879
119899119865119897119899 119876
( 1 )
Verifica-se que no ponto de equiliacutebrio o valor de Q pode ser descrito como K (contante de
equiliacutebrio da reaccedilatildeo) e considerando a constante universal dos gases perfeitos (R = 831 J K-1 mol-1 )
a carga eleacutetrica de uma mole de eletrotildees (F = 96485 Cmiddotmol-1) e que o ensaio decorre agrave temperatura
ambiente (T = 2982 K (25 degC)) obteacutem-se
E=E0-00257
nlnQ hArr 0=E0-
00257
nlnK hArr E0=
00257
nlnK hArr lnK=
n ∙ E0
00257
( 2 )
4
4
Onde Eordm se obteacutem a partir dos potenciais normais dos eleacutetrodos n eacute o nuacutemero de moles de eletrotildees
transferidos e Q eacute o quociente entre os produtos das atividades de produtos e reagentes na reaccedilatildeo
No caso da pele humana existem pequenas quantidades de NaCl (01-04) desta forma o aniatildeo
cloreto presente iraacute reagir com a prata do eleacutetrodo dando origem a uma diferenccedila de potencial
relacionado com a concentraccedilatildeo de cloreto [3] Portanto as trocas ioacutenicas que ocorrem na pele na
presenccedila deste eleacutetrodo satildeo representadas na ( 3
119860119892 + 119862119897minus 119860119892119862119897 + 119890minus ( 3 )
Este tipo de eleacutetrodos satildeo os mais utilizados hoje em dia na clinica
e satildeo fabricados como o nome o indica em prata agrave qual eacute aplicado um
revestimento de cloreto de prata Trata-se de um metal bem tolerado
pelo organismo humano que permite a obtenccedilatildeo de bons resultados
uma vez que aleacutem disso estes apresentam niacuteveis de ruido reduzidos e
natildeo satildeo facilmente polarizaacuteveis [3] no entanto a sua utilizaccedilatildeo exige
uma preparaccedilatildeo preacutevia da pele e a aplicaccedilatildeo de uma pasta condutora
(gel) que por vezes eacute desconfortaacutevel para o paciente sendo suscetiacutevel
de causar alergias e tornando o processo mais demorado uma vez que
a preparaccedilatildeolimpeza dos eleacutetrodos requer alguns cuidados e deve ser executada por um teacutecnico
Surgiu entatildeo a motivaccedilatildeo para criar novos eleacutetrodos secos que ultrapassassem estas dificuldades
dispensando a utilizaccedilatildeo do gel e a preparaccedilatildeo da pele todavia uma vez que o contacto liacutequido estaacute
ausente a impedacircncia interfacial eacute consideravelmente mais elevada (1 M contra 10-20 k)
refletindo-se numa maior sensibilidade ao movimento e de maneira geral na presenccedila de um maior
niacutevel de ruiacutedo o que exige preacute-amplificaccedilatildeo integrada Os custos associados agrave produccedilatildeo deste tipo de
eleacutetrodo satildeo tambeacutem mais elevados do que no caso dos eleacutetrodos convencionais
De modo a resolver estes problemas foi desenvolvido um novo
tipo de bioeleacutetrodo (Figura 2) [15] o qual tem a capacidade de
manter huacutemido o ponto de contacto com a pele evitando contudo
a utilizaccedilatildeo de pastas condutoras Este efeito foi conseguido usando
o princiacutepio da caneta de feltro o contacto com o escalpe eacute efetuado
a partir de vaacuterios pinos fabricados a partir de um poliacutemero poroso
acoplado a um pequeno reservatoacuterio com uma soluccedilatildeo hidratante os
pinos forneceratildeo entatildeo de forma controlada pelos efeitos
combinados da capilaridade e gravidade a soluccedilatildeo hidratante ao
ponto de contacto com o escalpe A sua forma oferece tambeacutem
muacuteltiplos pontos de contacto de modo a minimizar o ruiacutedo e obter
melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
O desenvolvimento destes eleacutetrodos compreenderaacute varias fases a primeira fase a implementar
seraacute a fabricaccedilatildeo da superfiacutecie porosa atraveacutes da compressatildeo de poacutes de policarbonato (PC) de seguida
seraacute feita a montagem dos diferentes componentes do eleacutetrodo nomeadamente a esponja o frio de
prata e o tubo de policloreto de polivinilo (PVC) que funcionaraacute como reservatoacuterio Finalmente seratildeo
preparadas e testadas vaacuterias soluccedilotildees com os mesmos componentes em diferentes concentraccedilotildees de
modo a concluir qual soluccedilatildeo fornece uma melhor hidrataccedilatildeo da pele otimizando assim os resultados
Figura 1 Eleacutetrodo de superfiacutecie comercial (Eleacutetrodo de controlo)
Figura 2 Corte transversal do bioeleacutetrodo de superfiacutecie em estudo com reservatoacuterio
para a soluccedilatildeo hidratante
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Capiacutetulo 2 Enquadramento teoacuterico
Enquadramento teoacuterico
A EEG eacute um registo associado a uma teacutecnica cliacutenica que se baseia na aquisiccedilatildeo dos sinais produzidos
no coacutertex cerebral A obtenccedilatildeo dos mesmos eacute possiacutevel uma vez que aiacute existem ceacutelulas excitaacuteveis
capazes de conduzir os impulsos nervosos os neuroacutenios Estes impulsos geram correntes eleacutetricas
atraveacutes do corpo da ceacutelula ateacute uma zona chamada zona de disparo Neste local as correntes dirigem-
se ao espaccedilo extracelular provocando uma diferenccedila de potencial que desencadearaacute um novo estiacutemulo
na proacutexima ceacutelula e que contribuiraacute para a produccedilatildeo dos referidos sinais
21 Sistema nervoso
O sistema nervoso eacute responsaacutevel pela maioria das funccedilotildees de controlo no organismo coordenando
e regulando as atividades corporais Isto eacute feito atraveacutes da interpretaccedilatildeo e resposta a estiacutemulos Este
sistema eacute convencionalmente dividido em duas categorias o sistema nervoso central (SNC) que se
verifica tratar do desenvolvimento das respostas aos estiacutemulos e o sistema nervoso perifeacuterico (SNP)
o responsaacutevel pela conduccedilatildeo do estiacutemulo nervoso No caso do SNC podem distinguir-se vaacuterios oacutergatildeos
o enceacutefalo (constituiacutedo pelo ceacuterebro cerebelo e tronco encefaacutelico) e a espinal medula Jaacute no caso do
SNP esta divisatildeo eacute feita atraveacutes da distinccedilatildeo entre nervos cranianos ou espinhais [16] Os nervos satildeo
essencialmente um conjunto de axoacutenios e dendrites de vaacuterios neuroacutenios
Os neurocircnios que datildeo origem aos nervos satildeo ceacutelulas com capacidade excitatoacuteria capazes de
transmitir sinais nervosos Contudo as ceacutelulas da glia tambeacutem presentes no sistema nervoso
sobretudo nos nervos satildeo as principais responsaacuteveis pela propagaccedilatildeo orientada do estiacutemulo uma vez
que ao recobrirem o axoacutenio criam circuitos neuronais independentes [16]
Os axoacutenios transmitem pulsos eleacutetricos devido agrave presenccedila de canais ioacutenicos que abrem e fecham
de modo a controlar as concentraccedilotildees dos diferentes iotildees nos meios interno e externo da ceacutelula
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211 Propagaccedilatildeo do sinal
Um impulso nervoso origina a transmissatildeo de um sinal codificado ao longo da membrana do
neuroacutenio Para compreender esta transmissatildeo dentro do proacuteprio neuroacutenio eacute necessaacuterio conhecer o
conceito de potenciais de repouso e de accedilatildeo
N as fases em que se verifica existir potenciais de repouso os iotildees de soacutedio entram para a ceacutelula
atraveacutes de transporte passivo uma vez que a concentraccedilatildeo destes eacute menor no interior da ceacutelula (a
favor do gradiente de concentraccedilatildeo) Posteriormente daacute-se a sua expulsatildeo de forma ativa ao mesmo
tempo que entram iotildees de potaacutessio ativamente Finalmente os iotildees de potaacutessio voltam passivamente
ao exterior da membrana outorgando agrave ceacutelula uma carga positiva Diz-se entatildeo que esta se encontra
polarizada Nas ceacutelulas nervosas o potencial de membrana ronda os -90mV [6]
Os potenciais de accedilatildeo satildeo os responsaacuteveis pela propagaccedilatildeo do estiacutemulo nervoso contudo a sua
duraccedilatildeo natildeo ultrapassa alguns milissegundos (ver a Figura 3) Esta propagaccedilatildeo ocorre quando o
potencial de membrana que se encontra nos -90mV passa a ocupar valores de -50 a -70mV devido a
uma perturbaccedilatildeo externa de modo a responder a esta situaccedilatildeo ocorre a passagem por difusatildeo dos
iotildees de soacutedio para o interior da ceacutelula resultando na alteraccedilatildeo dos potenciais ateacute entatildeo negativos
para valores que podem chegar a +35mV De seguida a ceacutelula expulsa ativamente o soacutedio alterando
assim o potencial para aproximadamente -95mV Daacute-se entatildeo a repolarizaccedilatildeo atraveacutes da bomba de
Na+K+ ou seja a ceacutelula volta agraves condiccedilotildees iniciais [6]
Apoacutes um sinal ser transportando atraveacutes de um neuroacutenio eacute necessaacuterio que este seja comunicado
ao neuroacutenio seguinte de modo a manter a transmissatildeo do impulso Esta transferecircncia daacute-se em locais
especiacuteficos e pode ser feita eletricamente (atraveacutes de iotildees) ou quimicamente (atraveacutes de uma fenda
sinaacuteptica onde um neurotransmissor eacute libertado e se liga a recetores especiacuteficos do neuroacutenio poacutes-
sinaacuteptico) [6][16]
Figura 3 Representaccedilatildeo do fluxo ioacutenico durante o potencial de accedilatildeo (Adaptado de [16])
9
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22 Aquisiccedilatildeo do sinal
Eacute impossiacutevel medir a atividade eleacutetrica gerada por um uacutenico neuroacutenio contudo a aquisiccedilatildeo do
sinal electroencefalograacutefico soacute eacute possiacutevel graccedilas agrave emissatildeo parcialmente sincronizada do impulso
nervoso numa parte significativa do coacutertex cerebral Deste modo o EEG reflete o somatoacuterio da
atividade siacutencrona de milhares de neuroacutenios com uma orientaccedilatildeo espacial semelhante assessorando
assim a aquisiccedilatildeo de um sinal reprodutiacutevel e mensuraacutevel que possibilita uma interpretaccedilatildeo fidedigna
[16]
Esta teacutecnica permite o registo da atividade eleacutetrica do ceacuterebro Eacute um procedimento raacutepido
simples e indolor no qual os impulsos eleacutetricos do ceacuterebro satildeo amplificados e registrados em papel
atraveacutes de um galvanoacutemetro ou em formato digital O seu interesse prende-se natildeo soacute com os baixos
custos da teacutecnica como tambeacutem com a obtenccedilatildeo em tempo real destes sinais de modo a conseguir
diagnosticar eventuais anomalias
A EEG quando comparada com outras teacutecnicas como por exemplo o eletrocardiograma (ECG)
apresenta uma maior dificuldade na obtenccedilatildeo dos dados uma vez que a tensatildeo a captar eacute de muito
menor amplitude os sinais por vezes encontram-se na regiatildeo do ruiacutedo eleacutetrico e aleacutem disso os
amplificadores comuns natildeo fornecem uma banda de funcionamento que consiga amplificar o sinal de
forma eficaz o que exige a utilizaccedilatildeo de amplificadores especialmente desenhados [6] Contudo
estas limitaccedilotildees natildeo impediram o avanccedilo desta tecnologia Ao longo do tempo as teacutecnicas de obtenccedilatildeo
dos dados foram-se aprimorando tendo chegado na fase de maturidade agrave arquitetura ilustrada na
Figura 4 em que a saiacuteda eacute representada em papel desenhada por canetas conduzidas por mecanismos
controlados por galvanoacutemetros Hoje em dia os sistemas evoluiacuteram sobretudo na parte final atraveacutes
da digitalizaccedilatildeo dos sinais filtrados e seu armazenamento num dispositivo digital Desta forma torna-
se muito mais flexiacutevel a fase de visualizaccedilatildeo dos sinais que eacute feita em monitores graacuteficos de
computador bem como a fase de armazenamento e arquivo e criaccedilatildeo de fichas de exame A
digitalizaccedilatildeo permite o processamento digital dos sinais a fim principalmente de os caracterizar do
ponto de vista morfoloacutegico e assim contribuir para a classificaccedilatildeo do ponto de vista cliacutenico
Figura 4 Diagrama de blocos representativo de um sistema para aquisiccedilatildeo de sinais
eletroencefalograacuteficos
A EEG eacute realizada atraveacutes da colocaccedilatildeo de eleacutetrodos no couro cabeludo obedecendo o
posicionamento dos mesmos a regras especiacuteficas pois a sua localizaccedilatildeo influencia os sinais captados
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De modo a facilitar a comparaccedilatildeo dos resultados eacute habitualmente utilizado um sistema se
colocaccedilatildeo padratildeo chamado 10-20 (Figura 5) Segundo este padratildeo os locais onde os eleacutetrodos satildeo
colocados satildeo denominados por letras de acordo com as aacutereas cerebrais adjacentes seguidas de um
nuacutemero impar se o eleacutetrodo se encontrar no lado esquerdo da cabeccedila ou par se for no lado direito
[6]
Apoacutes a obtenccedilatildeo do sinal contiacutenuo de EEG eacute
possiacutevel distinguir vaacuterios tipos de ondas de acordo
com a sua amplitude e frequecircncia A amplitude das
ondas pode ir ateacute aos 200 μV e a frequecircncia ateacute 30Hz
A Figura 6 representa os diferentes tipos de ondas
As ondas delta satildeo ondas da mais baixa frequecircncia
e amplitudes elevadas que ocorrem em momentos do
sono profundo por outro lado as ondas teta
encontram-se na gama de frequecircncias de 4-7 Hz
contudo
continuam a apresentar grandes amplitudes e ocorrem
em estaacutegios de meditaccedilatildeo e relaxamento profundo as
ondas alfa apresentam por sua vez amplitudes meacutedias
e frequecircncias compreendidas entre os 8 e os 13 Hz
correspondendo a estados mentais relaxados no sono
Finalmente as ondas beta satildeo as de mais elevada
frequecircncia (gt13 Hz) com amplitudes de cerca de 10 μV
e ocorrem quando existe um estimulo visual ou no estado
normal de vigiacutelia [6]
221 Eleacutetrodos
Os eleacutetrodos constituem a interface entre o escalpe e o equipamento de mediccedilatildeo No caso de um
eleacutetrodo huacutemido quando a parte metaacutelica entra em contacto com o eletroacutelito tem lugar um processo
de oxidaccedilatildeoreduccedilatildeo de iotildeesaacutetomos que daacute lugar ao aparecimento de um potencial caracteriacutestico
As propriedades fiacutesico-quiacutemicas tanto do eleacutetrodo como do eletroacutelito afetam o valor do potencial
Quando eleacutetrodos idecircnticos satildeo submersos num eletroacutelito homogeacuteneo ambos assumem o mesmo
potencial com respeito ao eletroacutelito Contudo eleacutetrodos diferentes colocados nas mesmas condiccedilotildees
apresentam potenciais diferentes [6] Deste modo eacute sensato concluir que a amplitude do potencial
depende do material de que o eleacutetrodo eacute feito Por esse motivo os eleacutetrodos utilizados na cliacutenica satildeo
comumente produzidos com prata e cloreto de prata uma vez apresentam uma resistecircncia agrave passagem
Figura 5 Sistema internacional 10-20 para
a colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos em EEG
(Adaptado de [17])
Figura 6 Representaccedilatildeo das ondas eletroencefalograacuteficas registadas durante um
exame de EEG [5]
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de corrente natildeo elevada e os seus niacuteveis de impedacircncia satildeo estaacuteveis ao longo de uma ampla gama de
frequecircncias
Contudo o material natildeo eacute o uacutenico paracircmetro que varia para escolher um eleacutetrodo Dependendo
das necessidades existem tambeacutem variedades morfoloacutegicas como os eleacutetrodos invasivos e os natildeo-
invasivos
2211 Eleacutetrodos invasivos
Dentro dos eleacutetrodos invasivos (intracranianos) os mais utilizados satildeo os eleacutetrodos profundos
intracerebrais e os subdurais [13] Os primeiros consistem em eleacutetrodos em forma de agulha feitos
de material flexiacutevel com muacuteltiplos pontos de contacto para registo Satildeo ideais para o registo de
atividade em aacutereas distantes da superfiacutecie Proporcionam ainda um registo preciso da regiatildeo
volumeacutetrica adjacente a cada ponto de registo no entanto a extensatildeo da dita aacuterea eacute limitada [18]
Portanto o uso deste tipo de eleacutetrodos eacute ideal apoacutes os resultados dos exames natildeo-invasivos sugerirem
um ldquoalvordquo provaacutevel Os eleacutetrodos subdurais que podem ser do tipo placa ou tira de silicone com
muacuteltiplos contatos de registo satildeo ideais para o registo de aacutereas extensas do coacutertex [14] Contudo os
eleacutetrodos subdurais podem natildeo registar adequadamente alteraccedilotildees localizadas em profundidade
Este tipo de eleacutetrodos deve apresentar dimensotildees reduzidas de modo a que o dano provocado no
tecido cerebral seja miacutenimo Devem tambeacutem apresentar locais de aplicaccedilatildeo suficientes para recolher
potenciais de muitos neuroacutenios simultaneamente No entanto devido agrave sua natureza altamente
invasiva soacute satildeo usados em casos especiais em que o seu uso pode trazer grandes benefiacutecios para o
paciente
2212 Eleacutetrodos natildeo invasivos
O foco deste estudo centra-se nos eleacutetrodos natildeo invasivos eleacutetrodos colocados na superfiacutecie do
escalpe O contacto entre o eleacutetrodo e a pele eacute facilitado (impedacircncia reduzida) pela utilizaccedilatildeo de
gel e se for esse o caso estaacute-se perante o caso dos eleacutetrodos huacutemidos Contudo a aplicaccedilatildeo deste
gel requer uma preparaccedilatildeo preacutevia da pele que por vezes pode ser demorada suscetiacutevel de
desencadear reaccedilotildees aleacutergicas e desconfortaacutevel para o paciente [3] Surgiu entatildeo a alternativa dos
eleacutetrodos secos eleacutetrodos capazes de aquirir sinais que dispensam a utilizaccedilatildeo de soluccedilotildees todavia
como resultado da ausecircncia do gel ou pasta condutora a impedacircncia interfacial eacute muito mais elevada
tornando indispensaacutevel a integraccedilatildeo de um andar de preacute-amplificaccedilatildeo no eleacutetrodo
Procurando contornar as dificuldades de cada teacutecnica optou-se pelo desenvolvimento de um
bioeleacutetrodo inovador que dispensa a utilizaccedilatildeo de gel mas que apesar disso manteacutem um bom contacto
com a pele humidificando-a
Entre os materiais disponiacuteveis para a fabricaccedilatildeo de eleacutetrodos encontram-se o accedilo inoxidaacutevel o
ouro (Au) o oacutexido de iriacutedio (IrO2)) a prata (Ag) etc [14] tendo-se optado por utilizar um fio de
prata revestido com uma fina camada de cloreto de prata uma vez que os eleacutetrodos fabricados com
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este material apresentam niacuteveis de ruiacutedo reduzidos grande estabilidade do potencial eleacutetrico na gama
de frequecircncias utilizada e uma impedacircncia interfacial baixa [14][19]
23 Interface do eleacutetrodo com a pele
A pele eacute um oacutergatildeo que cobre e protege o corpo e que se observa estar organizado em muacuteltiplas
camadas Eacute composta de trecircs camadas principais a epiderme a derme e a hipoderme cada uma
delas com carateriacutesticas estruturais especiacuteficas que levam a diferentes niacuteveis de condutividade
eleacutetrica e que podem ser representados atraveacutes de modelos baseados em componentes eleacutetricos
baacutesicos [14] Podemos entatildeo do ponto de vista eleacutetrico simular os tecidos bioloacutegicos a partir de um
circuito eleacutetrico formado por resistecircncias e condensadores dispostos em redes com seacuteries e paralelos
agindo estes como condutores ou dieleacutetricos nos quais o fluxo de corrente seguiraacute o caminho de
menor oposiccedilatildeo (Figura 7) Um exemplo ilustrativo desta situaccedilatildeo estaacute representado para o stratum
corneum a camada mais perifeacuterica da epiderme como este tecido eacute relativamente pouco condutor
apresenta uma elevada impedacircncia agrave transmissatildeo das correntes eleacutetricas [20] Assim devido agraves suas
propriedades dieleacutetricas a sua pequena espessura e o seu posicionamento entre o eleacutetrodo condutor
exterior e os tecidos subjacentes mais condutores eacute possiacutevel a sua representaccedilatildeo por meio de um
condensador de placas paralelas
Figura 7 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da interface com a pele e
o seu modelo de circuito eletroacutenico equivalente Adaptado de [14]
O valor da capacidade eleacutetrica da pele estaacute relacionado com a espessura e composiccedilatildeo da camada
coacuternea e tem um valor tiacutepico no intervalo 002-006 microFcm2 [14]
Por outro lado uma vez que alguns iotildees conseguem atravessar o stratum corneum atraveacutes dos
elementos da pele (foliacuteculos do cabelo suor canais das glacircndulas sebaacuteceas imperfeiccedilotildees da pele)
isso pode ser representado coletivamente por uma resistecircncia que seraacute colocada em paralelo com o
condensador Como as camadas subjacentes agrave epiderme satildeo relativamente condutoras representam-
se por uma resistecircncia em seacuterie adicional A presenccedila de uma elevada densidade de foliacuteculos pilosos
(que atuam como derivaccedilotildees de baixa resistecircncia) daacute origem a um valor muito baixo na resistecircncia da
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pele No entanto esta observaccedilatildeo eacute contrabalanccedilada pela dificuldade em fazer contato mecacircnico e
eleacutetrico firme Em tais casos a impedacircncia da pele eacute muito elevada e por vezes eacute necessaacuterio recorrer
agrave remoccedilatildeo dos pelos antes de realizar o exame [14]
231 Hidrataccedilatildeo da pele
O processo de hidrataccedilatildeo da pele humana acontece por duas vias a interna e a externa [21] No
caso da via interna isto acontece quando os queratinoacutecitos migram atraveacutes da derme e sofrem
alteraccedilotildees significativas uma vez que paralelamente a esse processo satildeo libertados liacutepidos e o fator
de hidrataccedilatildeo natural da pele (NMF - Natural moisturizer factor) No caso dos liacutepidos estes formam
uma barreira para a perda de aacutegua e ajudam a reter a hidrataccedilatildeo natural da pele Jaacute no caso da
hidrataccedilatildeo por via externa esta acontece quando introduzimos na pele substacircncias cosmeacuteticas e
farmacecircuticas com capacidades de humedecer as camadas externas da pele para isso na produccedilatildeo
destas substacircncias satildeo utilizadas principalmente trecircs tipos de ingredientes (1) os humectantes que
Incluem a glicerina a ureia e o aacutecido carboxiacutelico da pirrolidona (PCA) que atuam atraindo a aacutegua das
camadas inferiores da derme e ajudando a manter essa aacutegua no estrato coacuterneo (2) os agentes oclusivos
que aumentam os niacuteveis de humidade proporcionando uma barreira fiacutesica para a perda de aacutegua (ceras
oacuteleos e silicones) (3) os emolientes que procuram restaurar os NMF [21]
2311 O gel para utilizaccedilatildeo com os eleacutetrodos
O gel utilizado nos eleacutetrodos serve para (1) assegurar um bom contacto eleacutetrico com a pele do
paciente (2) facilitar a transferecircncia de carga na interface eleacutetrodo-eletroacutelito e assim (3) diminuir
a impedacircncia do estrato coacuterneo [14]
Existem dois tipos de gel o gel huacutemido normalmente denominados como pasta creme ou
substacircncia gelatinosa e o hidrogel Os primeiros satildeo geralmente compostos por aacutegua um agente
espessante bactericidasfungicidas sais ioacutenicos e um surfatante O sal ioacutenico tem como finalidade
conferir condutividade eleacutetrica ao gel e diminuir a impedacircncia eleacutetrica da pele atraveacutes da sua difusatildeo
na mesma Normalmente os sais utilizados satildeo o cloreto de soacutedio (NaCl) ou de potaacutessio (KCl) uma vez
que a maior parte dos iotildees presentes na superfiacutecie da pele humana satildeo o cloreto o soacutedio e o potaacutessio
permitindo assim que elevadas concentraccedilotildees destes sais sejam melhor toleradas pelo corpo
[14][18][22] Por outro lado o hidrogel eacute um gel soacutelido que incorpora hidrocoloacuteides naturais no
entanto a utilizaccedilatildeo destes agentes naturais por vezes provoca desempenhos variaacuteveis e cores pouco
atrativas levando assim agrave utilizaccedilatildeo de hidrocoloacuteides artificiais de modo a eliminar variabilidades
indesejadas
O hidrogel tecircm tendecircncia a causar menos irritaccedilotildees na pele quando comparado com o gel huacutemido
porque o hidrogel limita-se a garantir um bom contato eleacutetrico entre a pele e o eleacutetrodo sem afetar
as propriedades do stratum corneum [14]
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O hidrogel eacute eletricamente mais resistivo do que o gel no entanto esta desvantagem eacute
compensada tanto pela utilizaccedilatildeo de maiores aacutereas com hidrogel como tambeacutem pela diminuiccedilatildeo da
espessura da camada do mesmo Contudo isto natildeo eacute suficiente uma vez que o hidrogel natildeo eacute tatildeo
eficaz na hidrataccedilatildeo da pele (tem tendecircncia a absorver humidade) dando assim como resultado um
aumento na impedacircncia da pele [14]
24 Teacutecnicas de revestimento da prata com cloreto de prata
Finas camadas de um determinado metal depositado sobre um substrato desemprenham
muitas vezes uma funccedilatildeo essencial em muitos dispositivos como por exemplo nos circuitos integrados
No caso dos eleacutetrodos eacute necessaacuterio revestir os fios de prata com finas camadas de cloreto de prata
com o intuito de auxiliar a concretizaccedilatildeo das trocas ioacutenicas referidas no capiacutetulo 1 equaccedilatildeo (1) de
modo a ter-se uma transduccedilatildeo do sinal ioacutenico num sinal eleacutetrico de forma eficaz e reversiacutevel Estas
camadas devem apresentar caracteriacutesticas rigorosamente controladas A espessura a estrutura
atoacutemica e a composiccedilatildeo quiacutemica devem ser uniformes [14][18] Eacute tambeacutem importante que exista
pouca ou nenhuma contaminaccedilatildeo por outras partiacuteculas
As propriedades dos filmes satildeo altamente dependentes dos processos de deposiccedilatildeo Estes
devem ter boa aderecircncia e prover uma boa cobertura Deste modo para a preparaccedilatildeo da prata para
eleacutetrodos a teacutecnica a utilizar deve ser a deposiccedilatildeo eletroquiacutemica atraveacutes de um processo que envolve
a deposiccedilatildeo de um material soacutelido por meio de uma reaccedilatildeo quiacutemica com ou sem recurso a energia
externa Neste caso os substratos de prata satildeo submersos numa soluccedilatildeo contendo um agente oxidante
(por exemplo cloreto feacuterrico) produzindo assim uma fina camada de cloreto de prata ( ( 4)
Ag + + FCl3 FeCl2 + Ag ( 4 )
Em geral a deposiccedilatildeo por electroless plating de um metal envolve a deposiccedilatildeo de um
revestimento metaacutelico a partir dos seus iotildees presentes num banho aquoso sobre uma superfiacutecie atraveacutes
de uma reaccedilatildeo de reduccedilatildeo quiacutemica controlada que eacute ativada pelo metal que estaacute a ser depositado
(reduzido) [23] Os revestimentos obtidos atraveacutes da implementaccedilatildeo desta teacutecnica satildeo geralmente
uniformes duros com elevadas resistecircncias agrave corrosatildeo e ao desgaste e apresentam baixo coeficiente
de fricccedilatildeo [24][25]
Existe contudo uma enorme variedade de meacutetodos eletroquiacutemicos que permitem a
oxidaccedilatildeodeposiccedilatildeo de finas camadas de cloreto de prata tais como a deposiccedilatildeo assistida por plasma
ou por feixes de iotildees o sputtering a deposiccedilatildeo quiacutemica e a deposiccedilatildeo fiacutesica em fase de vapor etc
[25] Todavia a execuccedilatildeo destes processos envolve a utilizaccedilatildeo de equipamentos altamente
especializados em ambiente de vaacutecuo vaacuterias soluccedilotildees e um campo eleacutetrico de modo a possibilitar a
transformaccedilatildeo de energia quiacutemica em energia eleacutetrica e vice-versa Finalmente um meacutetodo tambeacutem
bastante usado eacute a sinterizaccedilatildeo de poacute de cloreto de prata sobre o substrato metaacutelico dando origem
a um revestimento espesso e poroso
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25 Novo conceito de eleacutetrodo
O desenvolvimento do novo tipo de bioeleacutetrodo busca
colmatar as lacunas presentes nos eleacutetrodos disponiacuteveis
comercialmente (dos tipos huacutemido e seco) Tentando manter as
melhores carateriacutesticas de cada tipo de eleacutetrodo Para isso eacute
necessaacuterio desenvolver o eleacutetrodo com materiais condutores que
possibilitem as trocas ioacutenicas e aleacutem disso tenha a capacidade
de manter huacutemido o ponto de contacto com a pele de forma a
diminuir a impedacircncia na interface mas sem usar pastas ou gel
que sujam a pele
A hidrataccedilatildeo da pele por via externa nos ensaios a
realizar eacute feita atraveacutes da aplicaccedilatildeo de diferentes soluccedilotildees
hidratantes que se encontram embebidas numa esponja num
reservatoacuterio existente no eleacutetrodo (Figura 8) Estas soluccedilotildees tecircm a capacidade de migrar atraveacutes do
eleacutetrodo atraveacutes do efeito de capilaridade e gravidade uma vez que a base do eleacutetrodo eacute feita de
policarbonato com porosidade aberta adequada ao fenoacutemeno da capilaridade
O desenvolvimento deste bioeleacutetrodo inovador possibilita tambeacutem uma colocaccedilatildeo raacutepida
coacutemoda e segura Uma vez que estes passam a ser colocados com uma touca
Finalmente eacute tambeacutem importante referir que a forma do eleacutetrodo em multipino permitiraacute
numerosos pontos de contacto de modo a minimizar a impedacircncia do mesmo contribuindo para a
obtenccedilatildeo de melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
26 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
O ruiacutedo eacute um sinal interferente de natureza aleatoacuteria que provoca a degradaccedilatildeo de sinal
durante o seu processamento Em eletroacutenica diz respeito a quaisquer correntes ou tensotildees indesejadas
que mascaram o sinal que realmente interessa
Nos dispositivos e circuitos eletroacutenicos existem inuacutemeras fontes de ruiacutedo dai a importacircncia
na sua caraterizaccedilatildeo
Um tipo importante de ruiacutedo eacute o ruiacutedo de Johnson-Nyquist presente nos portadores de carga
e em todos os elementos com resistecircncia eleacutetrica Este tipo de ruiacutedo eacute caraterizado por uma densidade
espectral de potecircncia (do inglecircs power spectral density - PSD) uniforme e forma de onda gaussiana
[26]
O ruiacutedo de Johnson-Nyquist eacute comumente chamado ruiacutedo teacutermico e a sua tensatildeo eficaz pode
ser calculado atraveacutes da ( 5 para uma resistecircncia eleacutetrica R
Vt= radic4∙k∙T∙B∙R=radic16times1020
∙B∙R ( 5 )
Figura 8 Eleacutetrodo de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios A representa o fio de prata B a soluccedilatildeo condutora C a esponja do reservatoacuterio e D material de policarbonato de natureza porosa onde se estabelece o contacto com a pele
16
16
onde k representa a constante de Boltzmann em JK T a temperatura da resistecircncia em K B
a banda equivalente de ruiacutedo e R o valor da resistecircncia em Ohm
Para o caacutelculo da banda equivalente de ruiacutedo considera-se que o sistema tem uma funccedilatildeo de
transferecircncia do tipo 1198810
119881119894frasl = 119860(119895119891) e estaacute sujeito a uma entrada de ruiacutedo de PSD 119878119881119894
Deste modo
obtemos que o valor meacutedio da tensatildeo de ruiacutedo na saiacuteda para um amplificador seraacute
1198811198990
2 = int 119878119881119894 |A(jf)|2 partfinfin
0
( 6 )
Sendo |119860(119895119891)| usualmente uma funccedilatildeo do tipo
Figura 9 Funccedilatildeo de um filtro passa-baixos |119912(119947119943)|
Uma vez que as regiotildees sombreadas satildeo iguais pode-se simplificar o caacutelculo atraveacutes da aacuterea
de um retacircngulo com a mesma aacuterea que o quadrado da funccedilatildeo de transferecircncia Temos entatildeo que a
banda equivalente eacute dada por
B=1
|A0|2int |A(jf)|2 partf
infin
0
( 7 )
Outro tipo de ruiacutedo presente nos equipamentos eletroacutenicos que eacute interessante estudar eacute o
ruiacutedo ldquoshotrdquo ou ruiacutedo de corrente (Ish) que como o nome indica estaacute associado agrave corrente DC que
flui atraveacutes de uma barreira de potencial e pode ser representado por
Ish= radic2∙q∙IDc∙B ( 8 )
Onde q representa a carga eletroacutenica em coulomb e IDC a corrente contiacutenua meacutedia em ampere
Finalmente outro tipo de ruiacutedo a estudar seraacute o ruiacutedo 1f ldquoflickerrdquo ou ruiacutedo de contacto (If)
que ocorre devido agraves diferenccedilas nos niacuteveis de energia eleacutetricos quando existe um contato imperfeito
entre dois materiais Este tipo de ruiacutedo pode ser calculado atraveacutes de
119868119891 = 119870 ∙ 119868119863119888 ∙ radic119861
radic119891 ( 9 )
Onde K eacute um valor constante que depende do material e da geometria
A baixas frequecircncias este ruiacutedo eacute chamado de ruiacutedo ldquo1frdquo devido agrave tendecircncia caracteriacutestica
de decrescimento com a frequecircncia Eacute importante notar que a magnitude do ruido ldquoflickerrdquo pode ser
17
17
muito grande para pequenas frequecircncias o que leva a que seja a forma de ruiacutedo predominante em
circuitos de baixa frequecircncia
Considerando o ruiacutedo total como adiccedilatildeo das contribuiccedilotildees dos vaacuterios tipos de ruiacutedo na
configuraccedilatildeo eleacutetrica adotada para um amplificador pode-se considerar que o ruiacutedo na entrada segue
a representaccedilatildeo da Figura 10 da qual eacute possiacutevel retirar que
1198681198992 =
1198811198991199052 minus 119881119899
2 minus 1198811199052
1198771199042 ( 10 )
Na praacutetica In pode ser calculado atraveacutes da PSD do ruiacutedo total obtido com uma resistecircncia
elevada de modo a que 1198811198990≫ 119860radic119881119899
2 ∙ 1198811199052 e que Vn eacute a PSD do sistema com a entrada em curto circuito
Figura 10 Circuito representativo dos componentes do ruiacutedo do amplificador na entrada segundo o modelo Vn-In
No corpo humano a captaccedilatildeo dos biopotenciais no escalpe estaacute sujeita agrave presenccedila de ruiacutedo
eleacutetrico intriacutenseco indesejado na interface eleacutetrodogelpele que faz com que o processo de deteccedilatildeo
e anaacutelise dos sinais bioloacutegicos reais seja mais complicado Eacute necessaacuterio por isso caracterizar e
conhecer a magnitude e origem destas flutuaccedilotildees de modo a caraterizar a qualidade dos eleacutetrodos
desenvolvidos
O ruiacutedo eleacutetrodo-pele pode estar ligado agrave interface entre o eleacutetrodo e o eletroacutelito ou entatildeo
agrave interface eletroacutelito-pele No primeiro caso esta situaccedilatildeo pode ser mensurada atraveacutes da colocaccedilatildeo
de eleacutetrodos do mesmo tipo um contra o outro Por outro lado o ruiacutedo produzido pela interface
eletroacutelito-pele deve ser mensurado de uma forma indireta atraveacutes do contacto direto entre o eleacutetrodo
e a pele Nesta situaccedilatildeo o ruiacutedo eacute tipicamente mais elevado do que o que se obteacutem na interface
eleacutetrodo-eletroacutelito [3] Uma vez que os resultados obtidos nestes ensaios dependem diretamente do
estado da pele eacute importante garantir um tratamento preacutevio adequado
18
18
261 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio do tempo RMS e Deriva do potencial
A raiz do valor quadraacutetico meacutedio RMS (do inglecircs root mean square) ou valor eficaz eacute uma
medida estatiacutestica da magnitude de uma quantidade variaacutevel que pode ser calculada atraveacutes da
expressatildeo
120600119877119872119878 = radic1
119873 sum120600119894
2
119873
119894=1
= radic1206001
2 + 12060022 + ⋯+ 120600119873
2
119873 ( 11 )
Nos sinais a estudar satildeo calculados os valores RMS da parte alternada do sinal em intervalos
de tempo sucessivos Destes valores eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees acerca da evoluccedilatildeo temporal do
sinal assim como a quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo
Por outro lado a deriva do potencial eacute calculada recorrendo agrave primeira derivada do sinal nos
diferentes pontos pela componente contiacutenua do sinal sendo portanto de natureza lenta Eacute possiacutevel
por isso analisar a deriva do potencial e o tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema atraveacutes do recurso desde
caacutelculo
262 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio das frequecircncias Densidade espectral
A densidade espectral de potecircncia PSD eacute definida pela transformada de Fourier da funccedilatildeo
de autocorrelaccedilatildeo (Rxx (120591)) de um processo estacionaacuterio ou seja
Teorema de Wiener-Khintchine 119878119909(119891) = F[Rxx(120591)]= int Rxx(120591)119890minus 1198952120587119891120591119889120591infin
minusinfin
( 12 )
Por outras palavras a PSD descreve a distribuiccedilatildeo da variacircncia de um processo aleatoacuterio no
domiacutenio da frequecircncia [27][28]
No Matlab esta estimaccedilatildeo eacute feita atraveacutes da funccedilatildeo pwelch jaacute implementada esta segue o
meacutetodo Welch para o caacutelculo da PSD Este meacutetodo eacute baseado no conceito de utilizaccedilatildeo de
periodogramas de estimaccedilatildeo espectral que satildeo o resultado da conversatildeo de um sinal no domiacutenio
temporal para o domiacutenio da frequecircncia [29] Para isso o meacutetodo Welch segue o fundamento do
meacutetodo Bartlett contudo permite a sobreposiccedilatildeo de segmentos [30]
O meacutetodo Bartlett consiste primeiramente na divisatildeo do segmento original de N amostras em
K segmentos de comprimento M Para cada segmento eacute obtido o periodograma calculado atraveacutes da
transformada discreta de Fourier de seguida eacute calculado o quadrado do resultado e dividido por M
Finalmente eacute feita a meacutedia do resultado dos periodogramas para todos os segmentos de K amostras
resultando num uacutenico vetor de potenciais em funccedilatildeo da frequecircncia Ou seja a reparticcedilatildeo da potecircncia
ao longo do espetro [28]
19
19
27 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo da impedacircncia
Um sistema eletroquiacutemico eacute aquele onde haacute a presenccedila de pelo menos uma fase condutora
eletroacutenica (eleacutetrodo) em contato direto com uma fase condutora ioacutenica (eletroacutelito) as quais originam
a interface eleacutetrodo-eletroacutelito onde se forma duma dupla camada eleacutetrica
A mediccedilatildeo da impedacircncia eletroquiacutemica em modo potenciostaacutetico eacute feita atraveacutes da
aplicaccedilatildeo de um sinal de potencial eleacutetrico sinusoidal 119881(119905) com cerca de 5 a 20 mV numa ceacutelula
eletroquiacutemica Satildeo medidas a resposta na forma de corrente eleacutetrica 119868(119905) e diferenccedila de fase entre
o sinal de potencial e o sinal da corrente [31] Ao medir a corrente alternada que atravessa a ceacutelula
eletroquiacutemica obtemos a impedacircncia Z da forma convencional 119885 = 119881119868 [32] Refira-se que a obtenccedilatildeo
da impedacircncia pode igualmente ser feita impondo uma perturbaccedilatildeo de corrente e medindo o
potencial A impedacircncia do eleacutetrodo reflete entatildeo a capacidade do eleacutetrodo para transferir carga a
determinada frequecircncia [32][33]
Deste modo tem-se se os valores da tensatildeo alternada V(t) e da intensidade I(t) forem
representados por
V(t)=V0∙ cos ωt
( 13 )
I(t)=I0∙ cos (ωt+φ) ( 14 )
No qual V0 representa a amplitude de pico do sinal 120596 a frequecircncia angular (120596 = 2120587119891) I0 a
amplitude do sinal de corrente e 120593 a diferenccedila de fase entre os dois sinais
Pela equaccedilatildeo de Euler
eiφ= cos φ +j sin φ ( 15 )
temos entatildeo que se φ=120596119905
V(t)= V0∙Re(ejωt) ( 16 )
representando essa tensatildeo alternada como uma parte real de uma grandeza complexa
temos que V(t) eacute equivalente a
V(t)=V0∙Re(119888119900119904120596119905 + 119895 ∙ 119904119894119899 120596119905) ( 17 )
Por outro lado atendendo agrave Equaccedilatildeo de Euler acima descrita a corrente eleacutetrica gerada
por um elemento de circuito em resposta a uma tensatildeo alternada pode ser escrita como
I(t)=I0∙Re(119890(120596119905+120593))
( 18 )
Deste modo a impedacircncia fica
Z(ω)=Z0∙ejφ
( 19 )
e aplicando a equaccedilatildeo de Euler
Z(ω)=Z ( cos φ + j sin φ ) ( 20 )
20
20
Obtemos uma equaccedilatildeo composta de uma parte real e uma parte imaginaacuteria possibilitando
assim a sua representaccedilatildeo num plano cartesiano onde a parte real corresponderaacute ao eixo das abcissas
e a parte imaginaria ao eixo das ordenadas (Diagrama de Nyquist)
Pode-se tambeacutem representar a impedacircncia como um vetor no plano complexo
Z (ω)=Re[Z(ω)]i +Im[Z(ω)]j ( 21 )
E se Z0 for o moacutedulo da impedacircncia a parte real de 119885(120596) escreve-se
Z=Z0∙ cos φ
( 22 )
sendo a parte imaginaacuteria representada por
Z=Z0∙ sin φ
( 23 )
que segundo a representaccedilatildeo de Fresnel corresponde a
Z(ω)=Z+ j Z
( 24 )
ou seja
1198850=|Z(ω)|=radicZ2+ Z
2 ( 25 )
e
tan φ = Z
Zfrasl ( 26 )
Os diagramas de Nyquist satildeo uacuteteis para reconhecer o tipo de processo envolvido Os diagramas
de Bode por outro lado mostram a dependecircncia direta do acircngulo de fase com a frequecircncia Este
uacuteltimo eacute particularmente interessante em escalas de frequecircncia muito diferentes uma vez que eacute
frequentemente representado atraveacutes da escala logariacutetmica portanto os resultados nos capiacutetulos
subsequentes seratildeo apresentados neste formato
21
21
A teacutecnica de Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica (do inglecircs Electrochemical
Impedance Spectroscopy - EIS) fornece uma visatildeo completa e detalhada das caracteriacutesticas eleacutetricas
da interface eleacutetrodo-eletroacutelito quando efetuada
numa gama suficientemente largada de frequecircncias
Na Figura 11 estaacute representado um esquema da
montagem experimental para mediccedilatildeo da
impedacircncia As reaccedilotildees eletroquiacutemicas satildeo em
essecircncia reaccedilotildees quiacutemicas em que ocorrem
transferecircncia de eletrotildees para um eleacutetrodo e como
regra ocorrem de acordo com princiacutepios quiacutemicos
gerais Haacute contudo certas caracteriacutesticas das
reaccedilotildees eletroquiacutemicas que satildeo uacutenicas Algumas
delas envolvem a transferecircncia de eletrotildees atraveacutes
de uma interface (reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo) o
que acarreta uma dependecircncia com as dimensotildees e
aacuterea do eleacutetrodo assim como tambeacutem das
propriedades da interface com o eleacutetrodo
Eacute habitual que os eleacutetrodos de AgAgCl apresentem potenciais relativamente baixos e
estaacuteveis Portanto a deposiccedilatildeo da camada de AgCl estabilizaraacute o potencial do eleacutetrodo e reduziraacute os
niacuteveis de impedacircncia Eacute de salientar que impedacircncias aceitaacuteveis para os eleacutetrodos de superfiacutecie devem
encontrar-se abaixo dos 5 k uma vez que quanto maior a impedacircncia maior seraacute a resistecircncia do
eleacutetrodo agrave passagem de corrente No entanto valores de 10 k ou mesmo 40 K ainda satildeo
considerados aceitaacuteveis dependendo dos autores [34][35]
Figura 11 Esquema representativo do ensaio potenciostaacutetico para mediccedilatildeo da impedacircncia
22
22
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23
Capiacutetulo 3 Materiais e meacutetodos
Materiais e meacutetodos
31 Preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes
Na preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes dissolveu-se cloreto de soacutedio (NaCl) em aacutegua
adicionando de seguida um tensioativo (tweencopy-80) e um humectante (propilenoglicol) As
concentraccedilotildees destes componentes variaram nas 3 soluccedilotildees conforme referido na Tabela 2 Conveacutem
referir que cada componente foi dissolvido em constante e contiacutenua agitaccedilatildeo numa placa de
agitaccedilatildeo tendo-se misturado primeiro o propilenogicol com o tweencopy e soacute depois com os restantes
compostos
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas
COMPONENTE INFORMACcedilAtildeO DO COMPONENTE SOLUCcedilAtildeO
1 2 3
NaCl (mV) VWR-BDH Prolabo Lote 27810295
09 09 09
Tweencopy-80 (VV) Acofarma
Lote 130287 3 3 5
Propilenoglicol(VV) Acofarma
Lote 131337 10 30 30
Aacutegua (VV) - qbp 100 qbp 100 qbp 100
A biocompatibilidade das mateacuterias-primas empregues para a obtenccedilatildeo das soluccedilotildees torna este
novo conceito de eleacutetrodo uma alternativa promissora para utilizaccedilatildeo cliacutenica Esta biocompatibilidade
estaacute inversamente relacionada com a concentraccedilatildeo de cloretos de soacutedio ou seja quanto menor a
concentraccedilatildeo tanto maior a biocompatibilidade das soluccedilotildees Por esse motivo as soluccedilotildees
desenvolvidas contavam com pequenas concentraccedilotildees de sais de modo a ser o mais semelhante
possiacutevel aos componentes ioacutenicos da proacutepria pele humana
24
24
32 Produccedilatildeo dos novos eleacutetrodos
321 Produccedilatildeo da estrutura porosa de policarbonato
A produccedilatildeo da estrutura porosa (wicks) foi realizada atraveacutes da sinterizaccedilatildeo de poacutes de
policarbonato (PC)
No que diz respeito ao processo de fabrico propriamente
dito o primeiro passo consistiu na moagem da mateacuteria-prima
(policarbonato) de seguida estas partiacuteculas foram sinterizadas
atraveacutes de um equipamento designado por cilindro de sinterizaccedilatildeo
Este cilindro foi aquecido a uma temperatura de asymp170degC e atingida
esta gama de temperaturas colocaram-se as partiacuteculas no molde
ldquoWickrdquo com as dimensotildees apresentadas na Figura 12 que se
encontrava dentro do cilindro central Procedeu-se
imediatamente ao encaixe do pistatildeo no cilindro central Para
finalizar mergulhou-se em aacutegua fria o cilindro central contendo o
molde deixando de seguida secar agrave temperatura ambiente [36]
322 Preparaccedilatildeo dos eleacutetrodos de pratacloreto de prata
Para a deposiccedilatildeo da camada de cloreto de prata nos fios de prata recorreu-se a uma teacutecnica
de deposiccedilatildeo quiacutemica Para isso os fios de prata (Ag) (diacircmetro = 250 miacutecron 9999 Goodfellow
Cambridge) foram oxidados com uma soluccedilatildeo de cloreto de ferro (III) (MERCK Lote 7705-08-0) apoacutes
um preacute-tratamento que permitiu a remoccedilatildeo de impurezas e sujidades presentes na superfiacutecie dos fios
Este preacute-tratamento consistiu na limpeza da superfiacutecie dos fios com 2-propanol e posterior imersatildeo
dos mesmos numa tina de ultrassons com 2-propanol durante 10 minutos De seguida mergulharam-
se os fios de prata em aacutegua destilada de forma a remover todo o 2-propanol presente Finalmente
o processo de oxidaccedilatildeo consistiu em submergir os fios de prata numa soluccedilatildeo aquosa de FeCl3 50 mM
durante 2 minutos ao finalizar este periacuteodo foram armazenados durante 24h num recipiente revestido
com folha de alumiacutenio que possuiacutea uma soluccedilatildeo de HCl 01M para estabilizaccedilatildeo Os fios que natildeo foram
utilizados imediatamente foram armazenados num recipiente revestido com folha de alumiacutenio com
uma soluccedilatildeo de HCl 0005M O comprimento de cada fio de prata eacute aproximadamente de 8 cm
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato
25
25
323 Montagem dos eleacutetrodos
Apoacutes o fabrico da estrutura porosa e da preparaccedilatildeo dos
fios de prata procedeu-se agrave montagem dos eleacutetrodos para isso
cortaram-se pequenas porccedilotildees de uma esponja em poliuretano
com configuraccedilatildeo ciliacutendrica e um diacircmetro semelhante ao da
parte superior da estrutura porosa De seguida atravessou-se esta
esponja com o fio de prata e inseriu-se o conjunto ldquoesponja +
arame de pratardquo dentro de um orifiacutecio superior que a estrutura
porosa possui Finalmente incorporou-se esta estrutura dentro de
um tubo de PVC de modo a atingir a configuraccedilatildeo apresentada na
Figura 13
33 Preparaccedilatildeo dos ensaios
Antes do iniacutecio dos ensaios os eleacutetrodos foram previamente lavados com 2-propanol e
colocados na estufa de modo a evaporar os resiacuteduos do aacutelcool Posteriormente foi aplicada a soluccedilatildeo
hidratante que se pretendia estudar de modo a que a esponja ficasse completamente embebida Desta
forma por uma parte os novos eleacutetrodos em estudo foram testados recorrendo agraves soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 e por outra os eleacutetrodos que serviram como controlo (eleacutetrodo de AgAgCl
(BIO EASYCAP GmbH Alemanha)) utilizaram o gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) Foram tambeacutem utilizados eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) como referecircncia
Para os estudos eletroquiacutemicos incorporaram-se os eleacutetrodos numa montagem constituiacuteda por
um potenciostatogalvanostato Gamry G-300 (Gamry Instruments USA) De modo a diminuir o ruiacutedo
eletroacutenico os ensaios foram todos realizados dentro de uma Gaiola de Faraday Eacute importante referir
que uma vez o nosso sistema de aquisiccedilatildeo de dados era ldquoearth groundedrdquo seguiu-se a sugestatildeo da
bula do Gamry e optou-se unicamente por ligar o ldquofloating groundrdquo agrave gaiola
34 Condiccedilotildees dos ensaios
A primeira parte do trabalho foi desenvolvida laquoIn vitroraquo com eleacutetrodos multipino foi feito
entatildeo um estudo do ruido eletroquiacutemico entre eleacutetrodos do mesmo tipo nas diferentes soluccedilotildees
referidas na Tabela 2 De seguida realizou-se um estudo das impedacircncias dos novos eleacutetrodos nas
diferentes soluccedilotildees seguidos por um estudo de controlo realizado nas mesmas condiccedilotildees com o
eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente e o correspondente gel hidratante Estes ensaios foram
reproduzidos 3 vezes uma vez que em estudos anteriores jaacute se tinha verificado uma boa
reprodutibilidade dos ensaios
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios
26
26
Na segunda fase dos estudos realizou-se uma avaliaccedilatildeo do ruido da impedacircncia vs frequecircncia
laquoIn vivoraquo com as diferentes soluccedilotildees Estes ensaios foram realizados em 8 voluntaacuterios saudaacuteveis 6 do
sexo feminino e 2 do masculino Deste modo consegue-se escolher uma soluccedilatildeo para avanccedilar ao
estaacutegio seguinte que consistia na mediccedilatildeo e comparaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos obtidos tanto
com os eleacutetrodos de controlo como com os eleacutetrodos multipino porosos com a soluccedilatildeo hidratante mais
adequada Os resultados foram obtidos com a participaccedilatildeo de 2 voluntaacuterios saudaacuteveis de ambos sexos
341 Ensaios laquoIn vitroraquo
3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito
Nos ensaios de ruiacutedo eletroquiacutemico apenas foram utilizados eleacutetrodos multipino porosos
Fig14 (b) sendo um ligado ao terminal do eleacutetrodo de trabalho e o outro ao terminal do eleacutetrodo de
referecircncia A distacircncia entre os eleacutetrodos foi controlada durante o decorrer dos ensaios optando-se
por uma distacircncia de 3 cm entre os dois eleacutetrodos Foi tambeacutem realizada uma montagem de controlo
nas mesmas condiccedilotildees contudo esta era constituiacuteda por dois eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel
Electro-Cap International Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA)
Estabelecida a montagem do sistema eletroacutenico procedeu-se agrave mediccedilatildeo do ruiacutedo eleacutetrico em
circuito aberto para isso recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software ldquoESA410 Data Acquisitionrdquo da Gamry
um software projetado especificamente para a aquisiccedilatildeo e anaacutelise de sinais de ruiacutedo eletroquiacutemico
[37] Para aquisiccedilatildeo dos dados o ESA410trade associa-se ao potenciostato Gamry que faz aquisiccedilatildeo dos
dados em modo potenciostaacutetico a recolha dos dados eacute feita em circuito aberto O teste para cada
eleacutetrodo foi realizado ao longo de 12 minutos com uma taxa de amostragem constante de 1000 Hz
ao longo de todo o teste e um filtro de 10 A frequecircncia de amostragem foi escolhida tendo em conta
o Teorema de Nyquist que afirma que a frequecircncia de amostragem de um sinal analoacutegico para que
possa posteriormente ser reconstituiacutedo com o miacutenimo de perda de informaccedilatildeo deve ser igual ou maior
a duas vezes a maior frequecircncia do espectro desse sinal 119861 le119891119904
2 Por outras palavras a frequecircncia
maacutexima do sinal de entrada deveraacute ser menor ou igual a metade da taxa de amostragem [38] Para
que isto seja conseguido o sistema incorpora um filtro passa-baixo ldquoanti-aliasrdquo (deixa passar baixas
frequecircncias mas atenua as frequecircncias maiores do que a frequecircncia de Nyquist) [39]
3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito
Na montagem eletroacutenica dos ensaios de impedacircncia o contra eleacutetrodo era representado por
um eleacutetrodo comercial de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) o eleacutetrodo de trabalho um
eleacutetrodo poroso multipino (cada ensaio com as suas diferentes soluccedilotildees) e o eleacutetrodo de referecircncia
um eleacutetrodo de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) Fig14 (a) Optou-se tambeacutem pela
27
27
implementaccedilatildeo de um controlo com eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap International
Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap International Inc USA)
A obtenccedilatildeo dos dados eacute feita atraveacutes da teacutecnica de espectroscopia de impedacircncia
eletroquiacutemica em modo potenciostaacuteticordquo presente no software EIS300TM da Gamry neste modo de
funcionamento eacute aquirido um espectro de impedacircncia ao longo do intervalo de frequecircncias de 10 kHz
ateacute 01 Hz com uma tensatildeo AC aplicada (5 mV RMS) da tensatildeo de desvio DC (0 V vs circuito aberto)
e representados 3 pontos por deacutecada
(a) (b)
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo
342 Ensaios laquoIn vivoraquo
3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele
De modo a mensurar o ruiacutedo
causado pela interface entre o eletroacutelito e
a pele procedeu-se agrave montagem de um
sistema semelhante ao utilizado nos
ensaios do ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito dentro
de uma gaiola de Faraday contudo estes
ensaios foram realizados laquoIn vivoraquo
procedendo-se agrave colocaccedilatildeo dos dois
eleacutetrodos na zona anterior da tiacutebia com
um espaccedilo entre eles de 3 cm (Figura 15)
apoacutes a superfiacutecie da pele ter sido limpa
com etanol a 70
A montagem contava com um sistema de seguranccedila inserido em seacuterie no sistema de mediccedilatildeo
e que corta a corrente se esta for superior a 100 microA
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
28
28
A mediccedilatildeo do ruido foi feita tendo em conta o tipo de eleacutetrodo tendo-se para isso optado por
fazer as mediccedilotildees com eleacutetrodos do mesmo tipo ou seja num primeiro ensaio mensurou-se o ruido
entre 2 eleacutetrodos de pratacloreto de prata com o respetivo gel hidratante e numa segunda
abordagem optou-se por mensurar o ruido entre dois dos eleacutetrodos porosos com as diferentes soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 Contudo foi controlada a pressatildeo da banda que fixava os eleacutetrodos porosos
agrave tiacutebia sendo estipulado o valor da pressatildeo no intervalo de 15N a 2N
Neste ensaio o primeiro eleacutetrodo encontra-se ligado aos terminais dos eleacutetrodos de trabalho
o segundo ao terminal da referecircncia e o cabo do ground foi ligado agrave gaiola
Os paracircmetros dos ensaios foram os mesmos que os utilizados para a mediccedilatildeo do ruido
eleacutetrodo-eletroacutelito apresentados na secccedilatildeo 3411 contudo o tempo de aquisiccedilatildeo de sinal foi
reduzido a 5 minutos de modo a minorar o tempo de exposiccedilatildeo dos voluntaacuterios aos exames
3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele
laquoIn vivoraquo estes ensaios foram feitos logo
apoacutes a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico portanto a
superfiacutecie da pele se encontrava limpa e a
colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos obedecia agrave regra dos 3 cm
de distacircncia entre eleacutetrodos e 15-2N de pressatildeo
Para a mediccedilatildeo da impedacircncia eacute utilizada uma
configuraccedilatildeo diferente como referido no capitulo
33 Satildeo portanto utilizados 2 eleacutetrodos
comerciais de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH
Alemanha) um como referecircncia e outro como
contra eleacutetrodo e o eleacutetrodo em estudo
propiamente dito seja este o comercial (controlo)
ou o novo eleacutetrodo (Figura 16)
Os resultados obtidos para as diferentes
frequecircncias aleacutem de poderem ser representados
pelo diagrama de Nyquist como referido anteriormente podem tambeacutem ser representados num
Diagrama de Bode Neste diagrama a distribuiccedilatildeo dos valores de impedacircncia por vaacuterias ordens de
grandeza eacute representada em coordenadas polares (magnitude log|119885| em funccedilatildeo de log120596 )
3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos primariamente limpou-se a superfiacutecie do
escalpe com aacutelcool a 70 de modo a minimizar a camada gordurosa da pele De seguida procedeu-se
agrave colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos Foram colocados dois eleacutetrodos de AgAgCl (comerciais) um de forma a
servir como controlo (posiccedilatildeo O2) e outro em curto-circuito com o ground e a referecircncia (posiccedilatildeo
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino
durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia
29
29
Fp2) O eleacutetrodo poroso em estudo colocou-se a cerca de 3 cm do eleacutetrodo de AgAgCl posiccedilatildeo O2
de modo a captar o mesmo sinal que o obtido pelo eleacutetrodo de controlo (Figura 17)
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos
35 Implementaccedilatildeo em Matlab
Apoacutes a importaccedilatildeo do ficheiro obtido nos ensaios de ruiacutedo para o Matlab foi criado um filtro
Butterworth de ordem 20 de 05 ateacute 40 Hz atraveacutes da funccedilatildeo jaacute implementada pelo Matlab
ldquofdesignbandpassrdquo De seguida eacute aplicado o filtro duas vezes A primeira desde o primeiro ponto ateacute
o uacuteltimo e o segundo na ordem inversa Deste modo consegue-se natildeo soacute uma filtragem dupla mas
tambeacutem o cancelamento da fase dos filtros Assim efetivamente o filtro utilizado eacute de ordem 40 de
fase nula
De seguida eacute dividido o ensaio em segmentos de 30 segundos rejeitando os primeiros 10
segundos do ensaio Para cada segmento natildeo sobreposto eacute calculado o valor RMS da tensatildeo a
densidade espectral de potecircncia atraveacutes da estimaccedilatildeo pwelch do Matlab e o declive meacutedio (primeira
derivada do sinal) Contudo no final eacute calculada tambeacutem a densidade espectral de potecircncia global
que eacute expressa em dB
30
30
31
31
Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos
Resultados obtidos e discussatildeo
41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo
411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos
eleacutetrodos
Neste estudo eacute de extrema relevacircncia a eleiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante a utilizar Para isso
recorreu-se agrave realizaccedilatildeo de vaacuterios ensaios que possibilitassem uma avaliaccedilatildeo objetiva da resposta do
sistema Efetuou-se entatildeo primeiro uma anaacutelise do ruiacutedo ao longo de 12 minutos com os eleacutetrodos
multipino nas diferentes soluccedilotildees (um medido contra o outro) e a respetiva referecircncia de seguida
realizou-se um ensaio para mensurar a resistecircncia agrave passagem de corrente com os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees e a respetiva referecircncia
Assim sendo a Figura 18 revela a impedacircncia dos eleacutetrodos nas diferentes soluccedilotildees testadas
Nesta pode-se observar que a soluccedilatildeo 1 apresenta niacuteveis de impedacircncia ligeiramente mais baixos que
as restantes soluccedilotildees Contudo os seus niacuteveis encontram-se uma deacutecada acima dos valores obtidos
pelo eleacutetrodo e AgAgCl utilizado comercialmente com o respetivo gel hidratante Observa-se ainda
que os desvios padratildeo satildeo tatildeo baixos que quase natildeo satildeo percetiacuteveis o que significa que os ensaios satildeo
bastante reprodutiacuteveis Eacute tambeacutem importante notar que ao longo de todas as frequecircncias testadas
os valores de impedacircncia aleacutem de se encontrarem todos abaixo dos valores maacuteximos permitidos (20-
40 k) [35] encontram-se ainda abaixo dos 5 k referidos como valores de impedacircncia ideal por vaacuterios
fornecedores [40][41] o que eacute de extrema relevacircncia nos passos subsequentes de aquisiccedilatildeo do sinal
uma vez que eacute indispensaacutevel ter baixos niacuteveis de impedacircncia para conseguir captar ondas cerebrais
32
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Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Foram ainda feitas mediccedilotildees de ruiacutedo nas mesmas condiccedilotildees Realizando-se de seguida uma
anaacutelise no domiacutenio temporal e outra no domiacutenio das frequecircncias Para isso como foi referido no
capitulo 35 recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software Matlab A primeira anaacutelise eacute feita no domiacutenio
temporal (Figura 19 (a)) sob a forma de um graacutefico da tensatildeo meacutedia (RMS) em funccedilatildeo do tempo que
eacute obtida apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa-alto de modo a retirar a componente DC do sinal e assim
obter um sinal de ruiacutedo para altas frequecircncias que seraacute representado em periacuteodos de 30 segundos
Deste modo eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees da quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo de
estabilizaccedilatildeo do eleacutetrodo O que se observa eacute que os niacuteveis de ruiacutedo ao longo do tempo variam entre
185 microV ateacute 2 microV o que equivale a uma variaccedilatildeo maacutexima de 015 microV tanto para os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees como para o eleacutetrodo de AgAgCl no respetivo gel hidratante Observa-se
ainda que aleacutem das pequenas variaccedilotildees ao longo do tempo o desvio padratildeo para todas as soluccedilotildees eacute
muito semelhante sugerindo que natildeo haacute diferenccedilas significativas a niacutevel das soluccedilotildees implementadas
Eacute ainda de salientar que natildeo se observa nenhuma evoluccedilatildeo de ruiacutedo ao longo do tempo o que sugere
uma estabilizaccedilatildeo do sistema muito raacutepida A segunda anaacutelise no domiacutenio temporal corresponde ao
declive meacutedio (Figura 19 (b)) foi realizada recorrendo agrave primeira derivada do sinal em DC obtido a
cada 30 segundos Deste graacutefico eacute possiacutevel retirar informaccedilatildeo referente agrave deriva do potencial e ao
tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema Assim recorrendo agrave sua visualizaccedilatildeo observa-se que a
estabilizaccedilatildeo eacute feita de forma semelhante para todas as soluccedilotildees Contudo a soluccedilatildeo 3 apresenta
menos variaccedilotildees ao longo do tempo valores mais proacuteximos de zero e maior reprodutibilidade entre
ensaios Finalmente o teste de controlo efetuado com os eleacutetrodos comerciais de AgAgCl no gel
aparentam ser ligeiramente menos estaacuteveis contudo os valores se encontram na mesma gama de
tensotildees
33
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Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Para concluir realizou-se uma anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias para isso recorreu-se ao
graacutefico da densidade espectral de tensatildeo (Figura 20) Nele observa-se que os resultados do ruiacutedo do
sinal aumentam com a diminuiccedilatildeo das frequecircncias numa proporccedilatildeo 119903119906iacute119889119900 ~ 1 119891119903119890119902119906ecirc119899119888119894119886frasl
confirmando os estudos feitos por E Huigen em 2002 [20] No entanto estes tendem a estabilizar a
partir dos 10 Hz em valores proacuteximos dos -238 dB Eacute de referir que a para frequecircncias elevadas o
sinal de ruiacutedo eacute determinado pelo ruiacutedo do amplificador e natildeo pelo ruiacutedo da interface metal-eletroacutelito
uma vez que este eacute significativamente menor do que o ruiacutedo do amplificador impedindo assim a sua
mediccedilatildeo mesmo com equipamentos de baixo ruiacutedo [20]
34
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Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
35
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a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
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Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
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Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
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Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
39
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Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
40
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
41
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Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
42
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Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
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Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
45
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Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
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Anexos
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Onde Eordm se obteacutem a partir dos potenciais normais dos eleacutetrodos n eacute o nuacutemero de moles de eletrotildees
transferidos e Q eacute o quociente entre os produtos das atividades de produtos e reagentes na reaccedilatildeo
No caso da pele humana existem pequenas quantidades de NaCl (01-04) desta forma o aniatildeo
cloreto presente iraacute reagir com a prata do eleacutetrodo dando origem a uma diferenccedila de potencial
relacionado com a concentraccedilatildeo de cloreto [3] Portanto as trocas ioacutenicas que ocorrem na pele na
presenccedila deste eleacutetrodo satildeo representadas na ( 3
119860119892 + 119862119897minus 119860119892119862119897 + 119890minus ( 3 )
Este tipo de eleacutetrodos satildeo os mais utilizados hoje em dia na clinica
e satildeo fabricados como o nome o indica em prata agrave qual eacute aplicado um
revestimento de cloreto de prata Trata-se de um metal bem tolerado
pelo organismo humano que permite a obtenccedilatildeo de bons resultados
uma vez que aleacutem disso estes apresentam niacuteveis de ruido reduzidos e
natildeo satildeo facilmente polarizaacuteveis [3] no entanto a sua utilizaccedilatildeo exige
uma preparaccedilatildeo preacutevia da pele e a aplicaccedilatildeo de uma pasta condutora
(gel) que por vezes eacute desconfortaacutevel para o paciente sendo suscetiacutevel
de causar alergias e tornando o processo mais demorado uma vez que
a preparaccedilatildeolimpeza dos eleacutetrodos requer alguns cuidados e deve ser executada por um teacutecnico
Surgiu entatildeo a motivaccedilatildeo para criar novos eleacutetrodos secos que ultrapassassem estas dificuldades
dispensando a utilizaccedilatildeo do gel e a preparaccedilatildeo da pele todavia uma vez que o contacto liacutequido estaacute
ausente a impedacircncia interfacial eacute consideravelmente mais elevada (1 M contra 10-20 k)
refletindo-se numa maior sensibilidade ao movimento e de maneira geral na presenccedila de um maior
niacutevel de ruiacutedo o que exige preacute-amplificaccedilatildeo integrada Os custos associados agrave produccedilatildeo deste tipo de
eleacutetrodo satildeo tambeacutem mais elevados do que no caso dos eleacutetrodos convencionais
De modo a resolver estes problemas foi desenvolvido um novo
tipo de bioeleacutetrodo (Figura 2) [15] o qual tem a capacidade de
manter huacutemido o ponto de contacto com a pele evitando contudo
a utilizaccedilatildeo de pastas condutoras Este efeito foi conseguido usando
o princiacutepio da caneta de feltro o contacto com o escalpe eacute efetuado
a partir de vaacuterios pinos fabricados a partir de um poliacutemero poroso
acoplado a um pequeno reservatoacuterio com uma soluccedilatildeo hidratante os
pinos forneceratildeo entatildeo de forma controlada pelos efeitos
combinados da capilaridade e gravidade a soluccedilatildeo hidratante ao
ponto de contacto com o escalpe A sua forma oferece tambeacutem
muacuteltiplos pontos de contacto de modo a minimizar o ruiacutedo e obter
melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
O desenvolvimento destes eleacutetrodos compreenderaacute varias fases a primeira fase a implementar
seraacute a fabricaccedilatildeo da superfiacutecie porosa atraveacutes da compressatildeo de poacutes de policarbonato (PC) de seguida
seraacute feita a montagem dos diferentes componentes do eleacutetrodo nomeadamente a esponja o frio de
prata e o tubo de policloreto de polivinilo (PVC) que funcionaraacute como reservatoacuterio Finalmente seratildeo
preparadas e testadas vaacuterias soluccedilotildees com os mesmos componentes em diferentes concentraccedilotildees de
modo a concluir qual soluccedilatildeo fornece uma melhor hidrataccedilatildeo da pele otimizando assim os resultados
Figura 1 Eleacutetrodo de superfiacutecie comercial (Eleacutetrodo de controlo)
Figura 2 Corte transversal do bioeleacutetrodo de superfiacutecie em estudo com reservatoacuterio
para a soluccedilatildeo hidratante
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Capiacutetulo 2 Enquadramento teoacuterico
Enquadramento teoacuterico
A EEG eacute um registo associado a uma teacutecnica cliacutenica que se baseia na aquisiccedilatildeo dos sinais produzidos
no coacutertex cerebral A obtenccedilatildeo dos mesmos eacute possiacutevel uma vez que aiacute existem ceacutelulas excitaacuteveis
capazes de conduzir os impulsos nervosos os neuroacutenios Estes impulsos geram correntes eleacutetricas
atraveacutes do corpo da ceacutelula ateacute uma zona chamada zona de disparo Neste local as correntes dirigem-
se ao espaccedilo extracelular provocando uma diferenccedila de potencial que desencadearaacute um novo estiacutemulo
na proacutexima ceacutelula e que contribuiraacute para a produccedilatildeo dos referidos sinais
21 Sistema nervoso
O sistema nervoso eacute responsaacutevel pela maioria das funccedilotildees de controlo no organismo coordenando
e regulando as atividades corporais Isto eacute feito atraveacutes da interpretaccedilatildeo e resposta a estiacutemulos Este
sistema eacute convencionalmente dividido em duas categorias o sistema nervoso central (SNC) que se
verifica tratar do desenvolvimento das respostas aos estiacutemulos e o sistema nervoso perifeacuterico (SNP)
o responsaacutevel pela conduccedilatildeo do estiacutemulo nervoso No caso do SNC podem distinguir-se vaacuterios oacutergatildeos
o enceacutefalo (constituiacutedo pelo ceacuterebro cerebelo e tronco encefaacutelico) e a espinal medula Jaacute no caso do
SNP esta divisatildeo eacute feita atraveacutes da distinccedilatildeo entre nervos cranianos ou espinhais [16] Os nervos satildeo
essencialmente um conjunto de axoacutenios e dendrites de vaacuterios neuroacutenios
Os neurocircnios que datildeo origem aos nervos satildeo ceacutelulas com capacidade excitatoacuteria capazes de
transmitir sinais nervosos Contudo as ceacutelulas da glia tambeacutem presentes no sistema nervoso
sobretudo nos nervos satildeo as principais responsaacuteveis pela propagaccedilatildeo orientada do estiacutemulo uma vez
que ao recobrirem o axoacutenio criam circuitos neuronais independentes [16]
Os axoacutenios transmitem pulsos eleacutetricos devido agrave presenccedila de canais ioacutenicos que abrem e fecham
de modo a controlar as concentraccedilotildees dos diferentes iotildees nos meios interno e externo da ceacutelula
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211 Propagaccedilatildeo do sinal
Um impulso nervoso origina a transmissatildeo de um sinal codificado ao longo da membrana do
neuroacutenio Para compreender esta transmissatildeo dentro do proacuteprio neuroacutenio eacute necessaacuterio conhecer o
conceito de potenciais de repouso e de accedilatildeo
N as fases em que se verifica existir potenciais de repouso os iotildees de soacutedio entram para a ceacutelula
atraveacutes de transporte passivo uma vez que a concentraccedilatildeo destes eacute menor no interior da ceacutelula (a
favor do gradiente de concentraccedilatildeo) Posteriormente daacute-se a sua expulsatildeo de forma ativa ao mesmo
tempo que entram iotildees de potaacutessio ativamente Finalmente os iotildees de potaacutessio voltam passivamente
ao exterior da membrana outorgando agrave ceacutelula uma carga positiva Diz-se entatildeo que esta se encontra
polarizada Nas ceacutelulas nervosas o potencial de membrana ronda os -90mV [6]
Os potenciais de accedilatildeo satildeo os responsaacuteveis pela propagaccedilatildeo do estiacutemulo nervoso contudo a sua
duraccedilatildeo natildeo ultrapassa alguns milissegundos (ver a Figura 3) Esta propagaccedilatildeo ocorre quando o
potencial de membrana que se encontra nos -90mV passa a ocupar valores de -50 a -70mV devido a
uma perturbaccedilatildeo externa de modo a responder a esta situaccedilatildeo ocorre a passagem por difusatildeo dos
iotildees de soacutedio para o interior da ceacutelula resultando na alteraccedilatildeo dos potenciais ateacute entatildeo negativos
para valores que podem chegar a +35mV De seguida a ceacutelula expulsa ativamente o soacutedio alterando
assim o potencial para aproximadamente -95mV Daacute-se entatildeo a repolarizaccedilatildeo atraveacutes da bomba de
Na+K+ ou seja a ceacutelula volta agraves condiccedilotildees iniciais [6]
Apoacutes um sinal ser transportando atraveacutes de um neuroacutenio eacute necessaacuterio que este seja comunicado
ao neuroacutenio seguinte de modo a manter a transmissatildeo do impulso Esta transferecircncia daacute-se em locais
especiacuteficos e pode ser feita eletricamente (atraveacutes de iotildees) ou quimicamente (atraveacutes de uma fenda
sinaacuteptica onde um neurotransmissor eacute libertado e se liga a recetores especiacuteficos do neuroacutenio poacutes-
sinaacuteptico) [6][16]
Figura 3 Representaccedilatildeo do fluxo ioacutenico durante o potencial de accedilatildeo (Adaptado de [16])
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22 Aquisiccedilatildeo do sinal
Eacute impossiacutevel medir a atividade eleacutetrica gerada por um uacutenico neuroacutenio contudo a aquisiccedilatildeo do
sinal electroencefalograacutefico soacute eacute possiacutevel graccedilas agrave emissatildeo parcialmente sincronizada do impulso
nervoso numa parte significativa do coacutertex cerebral Deste modo o EEG reflete o somatoacuterio da
atividade siacutencrona de milhares de neuroacutenios com uma orientaccedilatildeo espacial semelhante assessorando
assim a aquisiccedilatildeo de um sinal reprodutiacutevel e mensuraacutevel que possibilita uma interpretaccedilatildeo fidedigna
[16]
Esta teacutecnica permite o registo da atividade eleacutetrica do ceacuterebro Eacute um procedimento raacutepido
simples e indolor no qual os impulsos eleacutetricos do ceacuterebro satildeo amplificados e registrados em papel
atraveacutes de um galvanoacutemetro ou em formato digital O seu interesse prende-se natildeo soacute com os baixos
custos da teacutecnica como tambeacutem com a obtenccedilatildeo em tempo real destes sinais de modo a conseguir
diagnosticar eventuais anomalias
A EEG quando comparada com outras teacutecnicas como por exemplo o eletrocardiograma (ECG)
apresenta uma maior dificuldade na obtenccedilatildeo dos dados uma vez que a tensatildeo a captar eacute de muito
menor amplitude os sinais por vezes encontram-se na regiatildeo do ruiacutedo eleacutetrico e aleacutem disso os
amplificadores comuns natildeo fornecem uma banda de funcionamento que consiga amplificar o sinal de
forma eficaz o que exige a utilizaccedilatildeo de amplificadores especialmente desenhados [6] Contudo
estas limitaccedilotildees natildeo impediram o avanccedilo desta tecnologia Ao longo do tempo as teacutecnicas de obtenccedilatildeo
dos dados foram-se aprimorando tendo chegado na fase de maturidade agrave arquitetura ilustrada na
Figura 4 em que a saiacuteda eacute representada em papel desenhada por canetas conduzidas por mecanismos
controlados por galvanoacutemetros Hoje em dia os sistemas evoluiacuteram sobretudo na parte final atraveacutes
da digitalizaccedilatildeo dos sinais filtrados e seu armazenamento num dispositivo digital Desta forma torna-
se muito mais flexiacutevel a fase de visualizaccedilatildeo dos sinais que eacute feita em monitores graacuteficos de
computador bem como a fase de armazenamento e arquivo e criaccedilatildeo de fichas de exame A
digitalizaccedilatildeo permite o processamento digital dos sinais a fim principalmente de os caracterizar do
ponto de vista morfoloacutegico e assim contribuir para a classificaccedilatildeo do ponto de vista cliacutenico
Figura 4 Diagrama de blocos representativo de um sistema para aquisiccedilatildeo de sinais
eletroencefalograacuteficos
A EEG eacute realizada atraveacutes da colocaccedilatildeo de eleacutetrodos no couro cabeludo obedecendo o
posicionamento dos mesmos a regras especiacuteficas pois a sua localizaccedilatildeo influencia os sinais captados
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De modo a facilitar a comparaccedilatildeo dos resultados eacute habitualmente utilizado um sistema se
colocaccedilatildeo padratildeo chamado 10-20 (Figura 5) Segundo este padratildeo os locais onde os eleacutetrodos satildeo
colocados satildeo denominados por letras de acordo com as aacutereas cerebrais adjacentes seguidas de um
nuacutemero impar se o eleacutetrodo se encontrar no lado esquerdo da cabeccedila ou par se for no lado direito
[6]
Apoacutes a obtenccedilatildeo do sinal contiacutenuo de EEG eacute
possiacutevel distinguir vaacuterios tipos de ondas de acordo
com a sua amplitude e frequecircncia A amplitude das
ondas pode ir ateacute aos 200 μV e a frequecircncia ateacute 30Hz
A Figura 6 representa os diferentes tipos de ondas
As ondas delta satildeo ondas da mais baixa frequecircncia
e amplitudes elevadas que ocorrem em momentos do
sono profundo por outro lado as ondas teta
encontram-se na gama de frequecircncias de 4-7 Hz
contudo
continuam a apresentar grandes amplitudes e ocorrem
em estaacutegios de meditaccedilatildeo e relaxamento profundo as
ondas alfa apresentam por sua vez amplitudes meacutedias
e frequecircncias compreendidas entre os 8 e os 13 Hz
correspondendo a estados mentais relaxados no sono
Finalmente as ondas beta satildeo as de mais elevada
frequecircncia (gt13 Hz) com amplitudes de cerca de 10 μV
e ocorrem quando existe um estimulo visual ou no estado
normal de vigiacutelia [6]
221 Eleacutetrodos
Os eleacutetrodos constituem a interface entre o escalpe e o equipamento de mediccedilatildeo No caso de um
eleacutetrodo huacutemido quando a parte metaacutelica entra em contacto com o eletroacutelito tem lugar um processo
de oxidaccedilatildeoreduccedilatildeo de iotildeesaacutetomos que daacute lugar ao aparecimento de um potencial caracteriacutestico
As propriedades fiacutesico-quiacutemicas tanto do eleacutetrodo como do eletroacutelito afetam o valor do potencial
Quando eleacutetrodos idecircnticos satildeo submersos num eletroacutelito homogeacuteneo ambos assumem o mesmo
potencial com respeito ao eletroacutelito Contudo eleacutetrodos diferentes colocados nas mesmas condiccedilotildees
apresentam potenciais diferentes [6] Deste modo eacute sensato concluir que a amplitude do potencial
depende do material de que o eleacutetrodo eacute feito Por esse motivo os eleacutetrodos utilizados na cliacutenica satildeo
comumente produzidos com prata e cloreto de prata uma vez apresentam uma resistecircncia agrave passagem
Figura 5 Sistema internacional 10-20 para
a colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos em EEG
(Adaptado de [17])
Figura 6 Representaccedilatildeo das ondas eletroencefalograacuteficas registadas durante um
exame de EEG [5]
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de corrente natildeo elevada e os seus niacuteveis de impedacircncia satildeo estaacuteveis ao longo de uma ampla gama de
frequecircncias
Contudo o material natildeo eacute o uacutenico paracircmetro que varia para escolher um eleacutetrodo Dependendo
das necessidades existem tambeacutem variedades morfoloacutegicas como os eleacutetrodos invasivos e os natildeo-
invasivos
2211 Eleacutetrodos invasivos
Dentro dos eleacutetrodos invasivos (intracranianos) os mais utilizados satildeo os eleacutetrodos profundos
intracerebrais e os subdurais [13] Os primeiros consistem em eleacutetrodos em forma de agulha feitos
de material flexiacutevel com muacuteltiplos pontos de contacto para registo Satildeo ideais para o registo de
atividade em aacutereas distantes da superfiacutecie Proporcionam ainda um registo preciso da regiatildeo
volumeacutetrica adjacente a cada ponto de registo no entanto a extensatildeo da dita aacuterea eacute limitada [18]
Portanto o uso deste tipo de eleacutetrodos eacute ideal apoacutes os resultados dos exames natildeo-invasivos sugerirem
um ldquoalvordquo provaacutevel Os eleacutetrodos subdurais que podem ser do tipo placa ou tira de silicone com
muacuteltiplos contatos de registo satildeo ideais para o registo de aacutereas extensas do coacutertex [14] Contudo os
eleacutetrodos subdurais podem natildeo registar adequadamente alteraccedilotildees localizadas em profundidade
Este tipo de eleacutetrodos deve apresentar dimensotildees reduzidas de modo a que o dano provocado no
tecido cerebral seja miacutenimo Devem tambeacutem apresentar locais de aplicaccedilatildeo suficientes para recolher
potenciais de muitos neuroacutenios simultaneamente No entanto devido agrave sua natureza altamente
invasiva soacute satildeo usados em casos especiais em que o seu uso pode trazer grandes benefiacutecios para o
paciente
2212 Eleacutetrodos natildeo invasivos
O foco deste estudo centra-se nos eleacutetrodos natildeo invasivos eleacutetrodos colocados na superfiacutecie do
escalpe O contacto entre o eleacutetrodo e a pele eacute facilitado (impedacircncia reduzida) pela utilizaccedilatildeo de
gel e se for esse o caso estaacute-se perante o caso dos eleacutetrodos huacutemidos Contudo a aplicaccedilatildeo deste
gel requer uma preparaccedilatildeo preacutevia da pele que por vezes pode ser demorada suscetiacutevel de
desencadear reaccedilotildees aleacutergicas e desconfortaacutevel para o paciente [3] Surgiu entatildeo a alternativa dos
eleacutetrodos secos eleacutetrodos capazes de aquirir sinais que dispensam a utilizaccedilatildeo de soluccedilotildees todavia
como resultado da ausecircncia do gel ou pasta condutora a impedacircncia interfacial eacute muito mais elevada
tornando indispensaacutevel a integraccedilatildeo de um andar de preacute-amplificaccedilatildeo no eleacutetrodo
Procurando contornar as dificuldades de cada teacutecnica optou-se pelo desenvolvimento de um
bioeleacutetrodo inovador que dispensa a utilizaccedilatildeo de gel mas que apesar disso manteacutem um bom contacto
com a pele humidificando-a
Entre os materiais disponiacuteveis para a fabricaccedilatildeo de eleacutetrodos encontram-se o accedilo inoxidaacutevel o
ouro (Au) o oacutexido de iriacutedio (IrO2)) a prata (Ag) etc [14] tendo-se optado por utilizar um fio de
prata revestido com uma fina camada de cloreto de prata uma vez que os eleacutetrodos fabricados com
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este material apresentam niacuteveis de ruiacutedo reduzidos grande estabilidade do potencial eleacutetrico na gama
de frequecircncias utilizada e uma impedacircncia interfacial baixa [14][19]
23 Interface do eleacutetrodo com a pele
A pele eacute um oacutergatildeo que cobre e protege o corpo e que se observa estar organizado em muacuteltiplas
camadas Eacute composta de trecircs camadas principais a epiderme a derme e a hipoderme cada uma
delas com carateriacutesticas estruturais especiacuteficas que levam a diferentes niacuteveis de condutividade
eleacutetrica e que podem ser representados atraveacutes de modelos baseados em componentes eleacutetricos
baacutesicos [14] Podemos entatildeo do ponto de vista eleacutetrico simular os tecidos bioloacutegicos a partir de um
circuito eleacutetrico formado por resistecircncias e condensadores dispostos em redes com seacuteries e paralelos
agindo estes como condutores ou dieleacutetricos nos quais o fluxo de corrente seguiraacute o caminho de
menor oposiccedilatildeo (Figura 7) Um exemplo ilustrativo desta situaccedilatildeo estaacute representado para o stratum
corneum a camada mais perifeacuterica da epiderme como este tecido eacute relativamente pouco condutor
apresenta uma elevada impedacircncia agrave transmissatildeo das correntes eleacutetricas [20] Assim devido agraves suas
propriedades dieleacutetricas a sua pequena espessura e o seu posicionamento entre o eleacutetrodo condutor
exterior e os tecidos subjacentes mais condutores eacute possiacutevel a sua representaccedilatildeo por meio de um
condensador de placas paralelas
Figura 7 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da interface com a pele e
o seu modelo de circuito eletroacutenico equivalente Adaptado de [14]
O valor da capacidade eleacutetrica da pele estaacute relacionado com a espessura e composiccedilatildeo da camada
coacuternea e tem um valor tiacutepico no intervalo 002-006 microFcm2 [14]
Por outro lado uma vez que alguns iotildees conseguem atravessar o stratum corneum atraveacutes dos
elementos da pele (foliacuteculos do cabelo suor canais das glacircndulas sebaacuteceas imperfeiccedilotildees da pele)
isso pode ser representado coletivamente por uma resistecircncia que seraacute colocada em paralelo com o
condensador Como as camadas subjacentes agrave epiderme satildeo relativamente condutoras representam-
se por uma resistecircncia em seacuterie adicional A presenccedila de uma elevada densidade de foliacuteculos pilosos
(que atuam como derivaccedilotildees de baixa resistecircncia) daacute origem a um valor muito baixo na resistecircncia da
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pele No entanto esta observaccedilatildeo eacute contrabalanccedilada pela dificuldade em fazer contato mecacircnico e
eleacutetrico firme Em tais casos a impedacircncia da pele eacute muito elevada e por vezes eacute necessaacuterio recorrer
agrave remoccedilatildeo dos pelos antes de realizar o exame [14]
231 Hidrataccedilatildeo da pele
O processo de hidrataccedilatildeo da pele humana acontece por duas vias a interna e a externa [21] No
caso da via interna isto acontece quando os queratinoacutecitos migram atraveacutes da derme e sofrem
alteraccedilotildees significativas uma vez que paralelamente a esse processo satildeo libertados liacutepidos e o fator
de hidrataccedilatildeo natural da pele (NMF - Natural moisturizer factor) No caso dos liacutepidos estes formam
uma barreira para a perda de aacutegua e ajudam a reter a hidrataccedilatildeo natural da pele Jaacute no caso da
hidrataccedilatildeo por via externa esta acontece quando introduzimos na pele substacircncias cosmeacuteticas e
farmacecircuticas com capacidades de humedecer as camadas externas da pele para isso na produccedilatildeo
destas substacircncias satildeo utilizadas principalmente trecircs tipos de ingredientes (1) os humectantes que
Incluem a glicerina a ureia e o aacutecido carboxiacutelico da pirrolidona (PCA) que atuam atraindo a aacutegua das
camadas inferiores da derme e ajudando a manter essa aacutegua no estrato coacuterneo (2) os agentes oclusivos
que aumentam os niacuteveis de humidade proporcionando uma barreira fiacutesica para a perda de aacutegua (ceras
oacuteleos e silicones) (3) os emolientes que procuram restaurar os NMF [21]
2311 O gel para utilizaccedilatildeo com os eleacutetrodos
O gel utilizado nos eleacutetrodos serve para (1) assegurar um bom contacto eleacutetrico com a pele do
paciente (2) facilitar a transferecircncia de carga na interface eleacutetrodo-eletroacutelito e assim (3) diminuir
a impedacircncia do estrato coacuterneo [14]
Existem dois tipos de gel o gel huacutemido normalmente denominados como pasta creme ou
substacircncia gelatinosa e o hidrogel Os primeiros satildeo geralmente compostos por aacutegua um agente
espessante bactericidasfungicidas sais ioacutenicos e um surfatante O sal ioacutenico tem como finalidade
conferir condutividade eleacutetrica ao gel e diminuir a impedacircncia eleacutetrica da pele atraveacutes da sua difusatildeo
na mesma Normalmente os sais utilizados satildeo o cloreto de soacutedio (NaCl) ou de potaacutessio (KCl) uma vez
que a maior parte dos iotildees presentes na superfiacutecie da pele humana satildeo o cloreto o soacutedio e o potaacutessio
permitindo assim que elevadas concentraccedilotildees destes sais sejam melhor toleradas pelo corpo
[14][18][22] Por outro lado o hidrogel eacute um gel soacutelido que incorpora hidrocoloacuteides naturais no
entanto a utilizaccedilatildeo destes agentes naturais por vezes provoca desempenhos variaacuteveis e cores pouco
atrativas levando assim agrave utilizaccedilatildeo de hidrocoloacuteides artificiais de modo a eliminar variabilidades
indesejadas
O hidrogel tecircm tendecircncia a causar menos irritaccedilotildees na pele quando comparado com o gel huacutemido
porque o hidrogel limita-se a garantir um bom contato eleacutetrico entre a pele e o eleacutetrodo sem afetar
as propriedades do stratum corneum [14]
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O hidrogel eacute eletricamente mais resistivo do que o gel no entanto esta desvantagem eacute
compensada tanto pela utilizaccedilatildeo de maiores aacutereas com hidrogel como tambeacutem pela diminuiccedilatildeo da
espessura da camada do mesmo Contudo isto natildeo eacute suficiente uma vez que o hidrogel natildeo eacute tatildeo
eficaz na hidrataccedilatildeo da pele (tem tendecircncia a absorver humidade) dando assim como resultado um
aumento na impedacircncia da pele [14]
24 Teacutecnicas de revestimento da prata com cloreto de prata
Finas camadas de um determinado metal depositado sobre um substrato desemprenham
muitas vezes uma funccedilatildeo essencial em muitos dispositivos como por exemplo nos circuitos integrados
No caso dos eleacutetrodos eacute necessaacuterio revestir os fios de prata com finas camadas de cloreto de prata
com o intuito de auxiliar a concretizaccedilatildeo das trocas ioacutenicas referidas no capiacutetulo 1 equaccedilatildeo (1) de
modo a ter-se uma transduccedilatildeo do sinal ioacutenico num sinal eleacutetrico de forma eficaz e reversiacutevel Estas
camadas devem apresentar caracteriacutesticas rigorosamente controladas A espessura a estrutura
atoacutemica e a composiccedilatildeo quiacutemica devem ser uniformes [14][18] Eacute tambeacutem importante que exista
pouca ou nenhuma contaminaccedilatildeo por outras partiacuteculas
As propriedades dos filmes satildeo altamente dependentes dos processos de deposiccedilatildeo Estes
devem ter boa aderecircncia e prover uma boa cobertura Deste modo para a preparaccedilatildeo da prata para
eleacutetrodos a teacutecnica a utilizar deve ser a deposiccedilatildeo eletroquiacutemica atraveacutes de um processo que envolve
a deposiccedilatildeo de um material soacutelido por meio de uma reaccedilatildeo quiacutemica com ou sem recurso a energia
externa Neste caso os substratos de prata satildeo submersos numa soluccedilatildeo contendo um agente oxidante
(por exemplo cloreto feacuterrico) produzindo assim uma fina camada de cloreto de prata ( ( 4)
Ag + + FCl3 FeCl2 + Ag ( 4 )
Em geral a deposiccedilatildeo por electroless plating de um metal envolve a deposiccedilatildeo de um
revestimento metaacutelico a partir dos seus iotildees presentes num banho aquoso sobre uma superfiacutecie atraveacutes
de uma reaccedilatildeo de reduccedilatildeo quiacutemica controlada que eacute ativada pelo metal que estaacute a ser depositado
(reduzido) [23] Os revestimentos obtidos atraveacutes da implementaccedilatildeo desta teacutecnica satildeo geralmente
uniformes duros com elevadas resistecircncias agrave corrosatildeo e ao desgaste e apresentam baixo coeficiente
de fricccedilatildeo [24][25]
Existe contudo uma enorme variedade de meacutetodos eletroquiacutemicos que permitem a
oxidaccedilatildeodeposiccedilatildeo de finas camadas de cloreto de prata tais como a deposiccedilatildeo assistida por plasma
ou por feixes de iotildees o sputtering a deposiccedilatildeo quiacutemica e a deposiccedilatildeo fiacutesica em fase de vapor etc
[25] Todavia a execuccedilatildeo destes processos envolve a utilizaccedilatildeo de equipamentos altamente
especializados em ambiente de vaacutecuo vaacuterias soluccedilotildees e um campo eleacutetrico de modo a possibilitar a
transformaccedilatildeo de energia quiacutemica em energia eleacutetrica e vice-versa Finalmente um meacutetodo tambeacutem
bastante usado eacute a sinterizaccedilatildeo de poacute de cloreto de prata sobre o substrato metaacutelico dando origem
a um revestimento espesso e poroso
15
15
25 Novo conceito de eleacutetrodo
O desenvolvimento do novo tipo de bioeleacutetrodo busca
colmatar as lacunas presentes nos eleacutetrodos disponiacuteveis
comercialmente (dos tipos huacutemido e seco) Tentando manter as
melhores carateriacutesticas de cada tipo de eleacutetrodo Para isso eacute
necessaacuterio desenvolver o eleacutetrodo com materiais condutores que
possibilitem as trocas ioacutenicas e aleacutem disso tenha a capacidade
de manter huacutemido o ponto de contacto com a pele de forma a
diminuir a impedacircncia na interface mas sem usar pastas ou gel
que sujam a pele
A hidrataccedilatildeo da pele por via externa nos ensaios a
realizar eacute feita atraveacutes da aplicaccedilatildeo de diferentes soluccedilotildees
hidratantes que se encontram embebidas numa esponja num
reservatoacuterio existente no eleacutetrodo (Figura 8) Estas soluccedilotildees tecircm a capacidade de migrar atraveacutes do
eleacutetrodo atraveacutes do efeito de capilaridade e gravidade uma vez que a base do eleacutetrodo eacute feita de
policarbonato com porosidade aberta adequada ao fenoacutemeno da capilaridade
O desenvolvimento deste bioeleacutetrodo inovador possibilita tambeacutem uma colocaccedilatildeo raacutepida
coacutemoda e segura Uma vez que estes passam a ser colocados com uma touca
Finalmente eacute tambeacutem importante referir que a forma do eleacutetrodo em multipino permitiraacute
numerosos pontos de contacto de modo a minimizar a impedacircncia do mesmo contribuindo para a
obtenccedilatildeo de melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
26 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
O ruiacutedo eacute um sinal interferente de natureza aleatoacuteria que provoca a degradaccedilatildeo de sinal
durante o seu processamento Em eletroacutenica diz respeito a quaisquer correntes ou tensotildees indesejadas
que mascaram o sinal que realmente interessa
Nos dispositivos e circuitos eletroacutenicos existem inuacutemeras fontes de ruiacutedo dai a importacircncia
na sua caraterizaccedilatildeo
Um tipo importante de ruiacutedo eacute o ruiacutedo de Johnson-Nyquist presente nos portadores de carga
e em todos os elementos com resistecircncia eleacutetrica Este tipo de ruiacutedo eacute caraterizado por uma densidade
espectral de potecircncia (do inglecircs power spectral density - PSD) uniforme e forma de onda gaussiana
[26]
O ruiacutedo de Johnson-Nyquist eacute comumente chamado ruiacutedo teacutermico e a sua tensatildeo eficaz pode
ser calculado atraveacutes da ( 5 para uma resistecircncia eleacutetrica R
Vt= radic4∙k∙T∙B∙R=radic16times1020
∙B∙R ( 5 )
Figura 8 Eleacutetrodo de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios A representa o fio de prata B a soluccedilatildeo condutora C a esponja do reservatoacuterio e D material de policarbonato de natureza porosa onde se estabelece o contacto com a pele
16
16
onde k representa a constante de Boltzmann em JK T a temperatura da resistecircncia em K B
a banda equivalente de ruiacutedo e R o valor da resistecircncia em Ohm
Para o caacutelculo da banda equivalente de ruiacutedo considera-se que o sistema tem uma funccedilatildeo de
transferecircncia do tipo 1198810
119881119894frasl = 119860(119895119891) e estaacute sujeito a uma entrada de ruiacutedo de PSD 119878119881119894
Deste modo
obtemos que o valor meacutedio da tensatildeo de ruiacutedo na saiacuteda para um amplificador seraacute
1198811198990
2 = int 119878119881119894 |A(jf)|2 partfinfin
0
( 6 )
Sendo |119860(119895119891)| usualmente uma funccedilatildeo do tipo
Figura 9 Funccedilatildeo de um filtro passa-baixos |119912(119947119943)|
Uma vez que as regiotildees sombreadas satildeo iguais pode-se simplificar o caacutelculo atraveacutes da aacuterea
de um retacircngulo com a mesma aacuterea que o quadrado da funccedilatildeo de transferecircncia Temos entatildeo que a
banda equivalente eacute dada por
B=1
|A0|2int |A(jf)|2 partf
infin
0
( 7 )
Outro tipo de ruiacutedo presente nos equipamentos eletroacutenicos que eacute interessante estudar eacute o
ruiacutedo ldquoshotrdquo ou ruiacutedo de corrente (Ish) que como o nome indica estaacute associado agrave corrente DC que
flui atraveacutes de uma barreira de potencial e pode ser representado por
Ish= radic2∙q∙IDc∙B ( 8 )
Onde q representa a carga eletroacutenica em coulomb e IDC a corrente contiacutenua meacutedia em ampere
Finalmente outro tipo de ruiacutedo a estudar seraacute o ruiacutedo 1f ldquoflickerrdquo ou ruiacutedo de contacto (If)
que ocorre devido agraves diferenccedilas nos niacuteveis de energia eleacutetricos quando existe um contato imperfeito
entre dois materiais Este tipo de ruiacutedo pode ser calculado atraveacutes de
119868119891 = 119870 ∙ 119868119863119888 ∙ radic119861
radic119891 ( 9 )
Onde K eacute um valor constante que depende do material e da geometria
A baixas frequecircncias este ruiacutedo eacute chamado de ruiacutedo ldquo1frdquo devido agrave tendecircncia caracteriacutestica
de decrescimento com a frequecircncia Eacute importante notar que a magnitude do ruido ldquoflickerrdquo pode ser
17
17
muito grande para pequenas frequecircncias o que leva a que seja a forma de ruiacutedo predominante em
circuitos de baixa frequecircncia
Considerando o ruiacutedo total como adiccedilatildeo das contribuiccedilotildees dos vaacuterios tipos de ruiacutedo na
configuraccedilatildeo eleacutetrica adotada para um amplificador pode-se considerar que o ruiacutedo na entrada segue
a representaccedilatildeo da Figura 10 da qual eacute possiacutevel retirar que
1198681198992 =
1198811198991199052 minus 119881119899
2 minus 1198811199052
1198771199042 ( 10 )
Na praacutetica In pode ser calculado atraveacutes da PSD do ruiacutedo total obtido com uma resistecircncia
elevada de modo a que 1198811198990≫ 119860radic119881119899
2 ∙ 1198811199052 e que Vn eacute a PSD do sistema com a entrada em curto circuito
Figura 10 Circuito representativo dos componentes do ruiacutedo do amplificador na entrada segundo o modelo Vn-In
No corpo humano a captaccedilatildeo dos biopotenciais no escalpe estaacute sujeita agrave presenccedila de ruiacutedo
eleacutetrico intriacutenseco indesejado na interface eleacutetrodogelpele que faz com que o processo de deteccedilatildeo
e anaacutelise dos sinais bioloacutegicos reais seja mais complicado Eacute necessaacuterio por isso caracterizar e
conhecer a magnitude e origem destas flutuaccedilotildees de modo a caraterizar a qualidade dos eleacutetrodos
desenvolvidos
O ruiacutedo eleacutetrodo-pele pode estar ligado agrave interface entre o eleacutetrodo e o eletroacutelito ou entatildeo
agrave interface eletroacutelito-pele No primeiro caso esta situaccedilatildeo pode ser mensurada atraveacutes da colocaccedilatildeo
de eleacutetrodos do mesmo tipo um contra o outro Por outro lado o ruiacutedo produzido pela interface
eletroacutelito-pele deve ser mensurado de uma forma indireta atraveacutes do contacto direto entre o eleacutetrodo
e a pele Nesta situaccedilatildeo o ruiacutedo eacute tipicamente mais elevado do que o que se obteacutem na interface
eleacutetrodo-eletroacutelito [3] Uma vez que os resultados obtidos nestes ensaios dependem diretamente do
estado da pele eacute importante garantir um tratamento preacutevio adequado
18
18
261 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio do tempo RMS e Deriva do potencial
A raiz do valor quadraacutetico meacutedio RMS (do inglecircs root mean square) ou valor eficaz eacute uma
medida estatiacutestica da magnitude de uma quantidade variaacutevel que pode ser calculada atraveacutes da
expressatildeo
120600119877119872119878 = radic1
119873 sum120600119894
2
119873
119894=1
= radic1206001
2 + 12060022 + ⋯+ 120600119873
2
119873 ( 11 )
Nos sinais a estudar satildeo calculados os valores RMS da parte alternada do sinal em intervalos
de tempo sucessivos Destes valores eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees acerca da evoluccedilatildeo temporal do
sinal assim como a quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo
Por outro lado a deriva do potencial eacute calculada recorrendo agrave primeira derivada do sinal nos
diferentes pontos pela componente contiacutenua do sinal sendo portanto de natureza lenta Eacute possiacutevel
por isso analisar a deriva do potencial e o tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema atraveacutes do recurso desde
caacutelculo
262 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio das frequecircncias Densidade espectral
A densidade espectral de potecircncia PSD eacute definida pela transformada de Fourier da funccedilatildeo
de autocorrelaccedilatildeo (Rxx (120591)) de um processo estacionaacuterio ou seja
Teorema de Wiener-Khintchine 119878119909(119891) = F[Rxx(120591)]= int Rxx(120591)119890minus 1198952120587119891120591119889120591infin
minusinfin
( 12 )
Por outras palavras a PSD descreve a distribuiccedilatildeo da variacircncia de um processo aleatoacuterio no
domiacutenio da frequecircncia [27][28]
No Matlab esta estimaccedilatildeo eacute feita atraveacutes da funccedilatildeo pwelch jaacute implementada esta segue o
meacutetodo Welch para o caacutelculo da PSD Este meacutetodo eacute baseado no conceito de utilizaccedilatildeo de
periodogramas de estimaccedilatildeo espectral que satildeo o resultado da conversatildeo de um sinal no domiacutenio
temporal para o domiacutenio da frequecircncia [29] Para isso o meacutetodo Welch segue o fundamento do
meacutetodo Bartlett contudo permite a sobreposiccedilatildeo de segmentos [30]
O meacutetodo Bartlett consiste primeiramente na divisatildeo do segmento original de N amostras em
K segmentos de comprimento M Para cada segmento eacute obtido o periodograma calculado atraveacutes da
transformada discreta de Fourier de seguida eacute calculado o quadrado do resultado e dividido por M
Finalmente eacute feita a meacutedia do resultado dos periodogramas para todos os segmentos de K amostras
resultando num uacutenico vetor de potenciais em funccedilatildeo da frequecircncia Ou seja a reparticcedilatildeo da potecircncia
ao longo do espetro [28]
19
19
27 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo da impedacircncia
Um sistema eletroquiacutemico eacute aquele onde haacute a presenccedila de pelo menos uma fase condutora
eletroacutenica (eleacutetrodo) em contato direto com uma fase condutora ioacutenica (eletroacutelito) as quais originam
a interface eleacutetrodo-eletroacutelito onde se forma duma dupla camada eleacutetrica
A mediccedilatildeo da impedacircncia eletroquiacutemica em modo potenciostaacutetico eacute feita atraveacutes da
aplicaccedilatildeo de um sinal de potencial eleacutetrico sinusoidal 119881(119905) com cerca de 5 a 20 mV numa ceacutelula
eletroquiacutemica Satildeo medidas a resposta na forma de corrente eleacutetrica 119868(119905) e diferenccedila de fase entre
o sinal de potencial e o sinal da corrente [31] Ao medir a corrente alternada que atravessa a ceacutelula
eletroquiacutemica obtemos a impedacircncia Z da forma convencional 119885 = 119881119868 [32] Refira-se que a obtenccedilatildeo
da impedacircncia pode igualmente ser feita impondo uma perturbaccedilatildeo de corrente e medindo o
potencial A impedacircncia do eleacutetrodo reflete entatildeo a capacidade do eleacutetrodo para transferir carga a
determinada frequecircncia [32][33]
Deste modo tem-se se os valores da tensatildeo alternada V(t) e da intensidade I(t) forem
representados por
V(t)=V0∙ cos ωt
( 13 )
I(t)=I0∙ cos (ωt+φ) ( 14 )
No qual V0 representa a amplitude de pico do sinal 120596 a frequecircncia angular (120596 = 2120587119891) I0 a
amplitude do sinal de corrente e 120593 a diferenccedila de fase entre os dois sinais
Pela equaccedilatildeo de Euler
eiφ= cos φ +j sin φ ( 15 )
temos entatildeo que se φ=120596119905
V(t)= V0∙Re(ejωt) ( 16 )
representando essa tensatildeo alternada como uma parte real de uma grandeza complexa
temos que V(t) eacute equivalente a
V(t)=V0∙Re(119888119900119904120596119905 + 119895 ∙ 119904119894119899 120596119905) ( 17 )
Por outro lado atendendo agrave Equaccedilatildeo de Euler acima descrita a corrente eleacutetrica gerada
por um elemento de circuito em resposta a uma tensatildeo alternada pode ser escrita como
I(t)=I0∙Re(119890(120596119905+120593))
( 18 )
Deste modo a impedacircncia fica
Z(ω)=Z0∙ejφ
( 19 )
e aplicando a equaccedilatildeo de Euler
Z(ω)=Z ( cos φ + j sin φ ) ( 20 )
20
20
Obtemos uma equaccedilatildeo composta de uma parte real e uma parte imaginaacuteria possibilitando
assim a sua representaccedilatildeo num plano cartesiano onde a parte real corresponderaacute ao eixo das abcissas
e a parte imaginaria ao eixo das ordenadas (Diagrama de Nyquist)
Pode-se tambeacutem representar a impedacircncia como um vetor no plano complexo
Z (ω)=Re[Z(ω)]i +Im[Z(ω)]j ( 21 )
E se Z0 for o moacutedulo da impedacircncia a parte real de 119885(120596) escreve-se
Z=Z0∙ cos φ
( 22 )
sendo a parte imaginaacuteria representada por
Z=Z0∙ sin φ
( 23 )
que segundo a representaccedilatildeo de Fresnel corresponde a
Z(ω)=Z+ j Z
( 24 )
ou seja
1198850=|Z(ω)|=radicZ2+ Z
2 ( 25 )
e
tan φ = Z
Zfrasl ( 26 )
Os diagramas de Nyquist satildeo uacuteteis para reconhecer o tipo de processo envolvido Os diagramas
de Bode por outro lado mostram a dependecircncia direta do acircngulo de fase com a frequecircncia Este
uacuteltimo eacute particularmente interessante em escalas de frequecircncia muito diferentes uma vez que eacute
frequentemente representado atraveacutes da escala logariacutetmica portanto os resultados nos capiacutetulos
subsequentes seratildeo apresentados neste formato
21
21
A teacutecnica de Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica (do inglecircs Electrochemical
Impedance Spectroscopy - EIS) fornece uma visatildeo completa e detalhada das caracteriacutesticas eleacutetricas
da interface eleacutetrodo-eletroacutelito quando efetuada
numa gama suficientemente largada de frequecircncias
Na Figura 11 estaacute representado um esquema da
montagem experimental para mediccedilatildeo da
impedacircncia As reaccedilotildees eletroquiacutemicas satildeo em
essecircncia reaccedilotildees quiacutemicas em que ocorrem
transferecircncia de eletrotildees para um eleacutetrodo e como
regra ocorrem de acordo com princiacutepios quiacutemicos
gerais Haacute contudo certas caracteriacutesticas das
reaccedilotildees eletroquiacutemicas que satildeo uacutenicas Algumas
delas envolvem a transferecircncia de eletrotildees atraveacutes
de uma interface (reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo) o
que acarreta uma dependecircncia com as dimensotildees e
aacuterea do eleacutetrodo assim como tambeacutem das
propriedades da interface com o eleacutetrodo
Eacute habitual que os eleacutetrodos de AgAgCl apresentem potenciais relativamente baixos e
estaacuteveis Portanto a deposiccedilatildeo da camada de AgCl estabilizaraacute o potencial do eleacutetrodo e reduziraacute os
niacuteveis de impedacircncia Eacute de salientar que impedacircncias aceitaacuteveis para os eleacutetrodos de superfiacutecie devem
encontrar-se abaixo dos 5 k uma vez que quanto maior a impedacircncia maior seraacute a resistecircncia do
eleacutetrodo agrave passagem de corrente No entanto valores de 10 k ou mesmo 40 K ainda satildeo
considerados aceitaacuteveis dependendo dos autores [34][35]
Figura 11 Esquema representativo do ensaio potenciostaacutetico para mediccedilatildeo da impedacircncia
22
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Capiacutetulo 3 Materiais e meacutetodos
Materiais e meacutetodos
31 Preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes
Na preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes dissolveu-se cloreto de soacutedio (NaCl) em aacutegua
adicionando de seguida um tensioativo (tweencopy-80) e um humectante (propilenoglicol) As
concentraccedilotildees destes componentes variaram nas 3 soluccedilotildees conforme referido na Tabela 2 Conveacutem
referir que cada componente foi dissolvido em constante e contiacutenua agitaccedilatildeo numa placa de
agitaccedilatildeo tendo-se misturado primeiro o propilenogicol com o tweencopy e soacute depois com os restantes
compostos
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas
COMPONENTE INFORMACcedilAtildeO DO COMPONENTE SOLUCcedilAtildeO
1 2 3
NaCl (mV) VWR-BDH Prolabo Lote 27810295
09 09 09
Tweencopy-80 (VV) Acofarma
Lote 130287 3 3 5
Propilenoglicol(VV) Acofarma
Lote 131337 10 30 30
Aacutegua (VV) - qbp 100 qbp 100 qbp 100
A biocompatibilidade das mateacuterias-primas empregues para a obtenccedilatildeo das soluccedilotildees torna este
novo conceito de eleacutetrodo uma alternativa promissora para utilizaccedilatildeo cliacutenica Esta biocompatibilidade
estaacute inversamente relacionada com a concentraccedilatildeo de cloretos de soacutedio ou seja quanto menor a
concentraccedilatildeo tanto maior a biocompatibilidade das soluccedilotildees Por esse motivo as soluccedilotildees
desenvolvidas contavam com pequenas concentraccedilotildees de sais de modo a ser o mais semelhante
possiacutevel aos componentes ioacutenicos da proacutepria pele humana
24
24
32 Produccedilatildeo dos novos eleacutetrodos
321 Produccedilatildeo da estrutura porosa de policarbonato
A produccedilatildeo da estrutura porosa (wicks) foi realizada atraveacutes da sinterizaccedilatildeo de poacutes de
policarbonato (PC)
No que diz respeito ao processo de fabrico propriamente
dito o primeiro passo consistiu na moagem da mateacuteria-prima
(policarbonato) de seguida estas partiacuteculas foram sinterizadas
atraveacutes de um equipamento designado por cilindro de sinterizaccedilatildeo
Este cilindro foi aquecido a uma temperatura de asymp170degC e atingida
esta gama de temperaturas colocaram-se as partiacuteculas no molde
ldquoWickrdquo com as dimensotildees apresentadas na Figura 12 que se
encontrava dentro do cilindro central Procedeu-se
imediatamente ao encaixe do pistatildeo no cilindro central Para
finalizar mergulhou-se em aacutegua fria o cilindro central contendo o
molde deixando de seguida secar agrave temperatura ambiente [36]
322 Preparaccedilatildeo dos eleacutetrodos de pratacloreto de prata
Para a deposiccedilatildeo da camada de cloreto de prata nos fios de prata recorreu-se a uma teacutecnica
de deposiccedilatildeo quiacutemica Para isso os fios de prata (Ag) (diacircmetro = 250 miacutecron 9999 Goodfellow
Cambridge) foram oxidados com uma soluccedilatildeo de cloreto de ferro (III) (MERCK Lote 7705-08-0) apoacutes
um preacute-tratamento que permitiu a remoccedilatildeo de impurezas e sujidades presentes na superfiacutecie dos fios
Este preacute-tratamento consistiu na limpeza da superfiacutecie dos fios com 2-propanol e posterior imersatildeo
dos mesmos numa tina de ultrassons com 2-propanol durante 10 minutos De seguida mergulharam-
se os fios de prata em aacutegua destilada de forma a remover todo o 2-propanol presente Finalmente
o processo de oxidaccedilatildeo consistiu em submergir os fios de prata numa soluccedilatildeo aquosa de FeCl3 50 mM
durante 2 minutos ao finalizar este periacuteodo foram armazenados durante 24h num recipiente revestido
com folha de alumiacutenio que possuiacutea uma soluccedilatildeo de HCl 01M para estabilizaccedilatildeo Os fios que natildeo foram
utilizados imediatamente foram armazenados num recipiente revestido com folha de alumiacutenio com
uma soluccedilatildeo de HCl 0005M O comprimento de cada fio de prata eacute aproximadamente de 8 cm
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato
25
25
323 Montagem dos eleacutetrodos
Apoacutes o fabrico da estrutura porosa e da preparaccedilatildeo dos
fios de prata procedeu-se agrave montagem dos eleacutetrodos para isso
cortaram-se pequenas porccedilotildees de uma esponja em poliuretano
com configuraccedilatildeo ciliacutendrica e um diacircmetro semelhante ao da
parte superior da estrutura porosa De seguida atravessou-se esta
esponja com o fio de prata e inseriu-se o conjunto ldquoesponja +
arame de pratardquo dentro de um orifiacutecio superior que a estrutura
porosa possui Finalmente incorporou-se esta estrutura dentro de
um tubo de PVC de modo a atingir a configuraccedilatildeo apresentada na
Figura 13
33 Preparaccedilatildeo dos ensaios
Antes do iniacutecio dos ensaios os eleacutetrodos foram previamente lavados com 2-propanol e
colocados na estufa de modo a evaporar os resiacuteduos do aacutelcool Posteriormente foi aplicada a soluccedilatildeo
hidratante que se pretendia estudar de modo a que a esponja ficasse completamente embebida Desta
forma por uma parte os novos eleacutetrodos em estudo foram testados recorrendo agraves soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 e por outra os eleacutetrodos que serviram como controlo (eleacutetrodo de AgAgCl
(BIO EASYCAP GmbH Alemanha)) utilizaram o gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) Foram tambeacutem utilizados eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) como referecircncia
Para os estudos eletroquiacutemicos incorporaram-se os eleacutetrodos numa montagem constituiacuteda por
um potenciostatogalvanostato Gamry G-300 (Gamry Instruments USA) De modo a diminuir o ruiacutedo
eletroacutenico os ensaios foram todos realizados dentro de uma Gaiola de Faraday Eacute importante referir
que uma vez o nosso sistema de aquisiccedilatildeo de dados era ldquoearth groundedrdquo seguiu-se a sugestatildeo da
bula do Gamry e optou-se unicamente por ligar o ldquofloating groundrdquo agrave gaiola
34 Condiccedilotildees dos ensaios
A primeira parte do trabalho foi desenvolvida laquoIn vitroraquo com eleacutetrodos multipino foi feito
entatildeo um estudo do ruido eletroquiacutemico entre eleacutetrodos do mesmo tipo nas diferentes soluccedilotildees
referidas na Tabela 2 De seguida realizou-se um estudo das impedacircncias dos novos eleacutetrodos nas
diferentes soluccedilotildees seguidos por um estudo de controlo realizado nas mesmas condiccedilotildees com o
eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente e o correspondente gel hidratante Estes ensaios foram
reproduzidos 3 vezes uma vez que em estudos anteriores jaacute se tinha verificado uma boa
reprodutibilidade dos ensaios
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios
26
26
Na segunda fase dos estudos realizou-se uma avaliaccedilatildeo do ruido da impedacircncia vs frequecircncia
laquoIn vivoraquo com as diferentes soluccedilotildees Estes ensaios foram realizados em 8 voluntaacuterios saudaacuteveis 6 do
sexo feminino e 2 do masculino Deste modo consegue-se escolher uma soluccedilatildeo para avanccedilar ao
estaacutegio seguinte que consistia na mediccedilatildeo e comparaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos obtidos tanto
com os eleacutetrodos de controlo como com os eleacutetrodos multipino porosos com a soluccedilatildeo hidratante mais
adequada Os resultados foram obtidos com a participaccedilatildeo de 2 voluntaacuterios saudaacuteveis de ambos sexos
341 Ensaios laquoIn vitroraquo
3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito
Nos ensaios de ruiacutedo eletroquiacutemico apenas foram utilizados eleacutetrodos multipino porosos
Fig14 (b) sendo um ligado ao terminal do eleacutetrodo de trabalho e o outro ao terminal do eleacutetrodo de
referecircncia A distacircncia entre os eleacutetrodos foi controlada durante o decorrer dos ensaios optando-se
por uma distacircncia de 3 cm entre os dois eleacutetrodos Foi tambeacutem realizada uma montagem de controlo
nas mesmas condiccedilotildees contudo esta era constituiacuteda por dois eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel
Electro-Cap International Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA)
Estabelecida a montagem do sistema eletroacutenico procedeu-se agrave mediccedilatildeo do ruiacutedo eleacutetrico em
circuito aberto para isso recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software ldquoESA410 Data Acquisitionrdquo da Gamry
um software projetado especificamente para a aquisiccedilatildeo e anaacutelise de sinais de ruiacutedo eletroquiacutemico
[37] Para aquisiccedilatildeo dos dados o ESA410trade associa-se ao potenciostato Gamry que faz aquisiccedilatildeo dos
dados em modo potenciostaacutetico a recolha dos dados eacute feita em circuito aberto O teste para cada
eleacutetrodo foi realizado ao longo de 12 minutos com uma taxa de amostragem constante de 1000 Hz
ao longo de todo o teste e um filtro de 10 A frequecircncia de amostragem foi escolhida tendo em conta
o Teorema de Nyquist que afirma que a frequecircncia de amostragem de um sinal analoacutegico para que
possa posteriormente ser reconstituiacutedo com o miacutenimo de perda de informaccedilatildeo deve ser igual ou maior
a duas vezes a maior frequecircncia do espectro desse sinal 119861 le119891119904
2 Por outras palavras a frequecircncia
maacutexima do sinal de entrada deveraacute ser menor ou igual a metade da taxa de amostragem [38] Para
que isto seja conseguido o sistema incorpora um filtro passa-baixo ldquoanti-aliasrdquo (deixa passar baixas
frequecircncias mas atenua as frequecircncias maiores do que a frequecircncia de Nyquist) [39]
3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito
Na montagem eletroacutenica dos ensaios de impedacircncia o contra eleacutetrodo era representado por
um eleacutetrodo comercial de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) o eleacutetrodo de trabalho um
eleacutetrodo poroso multipino (cada ensaio com as suas diferentes soluccedilotildees) e o eleacutetrodo de referecircncia
um eleacutetrodo de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) Fig14 (a) Optou-se tambeacutem pela
27
27
implementaccedilatildeo de um controlo com eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap International
Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap International Inc USA)
A obtenccedilatildeo dos dados eacute feita atraveacutes da teacutecnica de espectroscopia de impedacircncia
eletroquiacutemica em modo potenciostaacuteticordquo presente no software EIS300TM da Gamry neste modo de
funcionamento eacute aquirido um espectro de impedacircncia ao longo do intervalo de frequecircncias de 10 kHz
ateacute 01 Hz com uma tensatildeo AC aplicada (5 mV RMS) da tensatildeo de desvio DC (0 V vs circuito aberto)
e representados 3 pontos por deacutecada
(a) (b)
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo
342 Ensaios laquoIn vivoraquo
3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele
De modo a mensurar o ruiacutedo
causado pela interface entre o eletroacutelito e
a pele procedeu-se agrave montagem de um
sistema semelhante ao utilizado nos
ensaios do ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito dentro
de uma gaiola de Faraday contudo estes
ensaios foram realizados laquoIn vivoraquo
procedendo-se agrave colocaccedilatildeo dos dois
eleacutetrodos na zona anterior da tiacutebia com
um espaccedilo entre eles de 3 cm (Figura 15)
apoacutes a superfiacutecie da pele ter sido limpa
com etanol a 70
A montagem contava com um sistema de seguranccedila inserido em seacuterie no sistema de mediccedilatildeo
e que corta a corrente se esta for superior a 100 microA
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
28
28
A mediccedilatildeo do ruido foi feita tendo em conta o tipo de eleacutetrodo tendo-se para isso optado por
fazer as mediccedilotildees com eleacutetrodos do mesmo tipo ou seja num primeiro ensaio mensurou-se o ruido
entre 2 eleacutetrodos de pratacloreto de prata com o respetivo gel hidratante e numa segunda
abordagem optou-se por mensurar o ruido entre dois dos eleacutetrodos porosos com as diferentes soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 Contudo foi controlada a pressatildeo da banda que fixava os eleacutetrodos porosos
agrave tiacutebia sendo estipulado o valor da pressatildeo no intervalo de 15N a 2N
Neste ensaio o primeiro eleacutetrodo encontra-se ligado aos terminais dos eleacutetrodos de trabalho
o segundo ao terminal da referecircncia e o cabo do ground foi ligado agrave gaiola
Os paracircmetros dos ensaios foram os mesmos que os utilizados para a mediccedilatildeo do ruido
eleacutetrodo-eletroacutelito apresentados na secccedilatildeo 3411 contudo o tempo de aquisiccedilatildeo de sinal foi
reduzido a 5 minutos de modo a minorar o tempo de exposiccedilatildeo dos voluntaacuterios aos exames
3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele
laquoIn vivoraquo estes ensaios foram feitos logo
apoacutes a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico portanto a
superfiacutecie da pele se encontrava limpa e a
colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos obedecia agrave regra dos 3 cm
de distacircncia entre eleacutetrodos e 15-2N de pressatildeo
Para a mediccedilatildeo da impedacircncia eacute utilizada uma
configuraccedilatildeo diferente como referido no capitulo
33 Satildeo portanto utilizados 2 eleacutetrodos
comerciais de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH
Alemanha) um como referecircncia e outro como
contra eleacutetrodo e o eleacutetrodo em estudo
propiamente dito seja este o comercial (controlo)
ou o novo eleacutetrodo (Figura 16)
Os resultados obtidos para as diferentes
frequecircncias aleacutem de poderem ser representados
pelo diagrama de Nyquist como referido anteriormente podem tambeacutem ser representados num
Diagrama de Bode Neste diagrama a distribuiccedilatildeo dos valores de impedacircncia por vaacuterias ordens de
grandeza eacute representada em coordenadas polares (magnitude log|119885| em funccedilatildeo de log120596 )
3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos primariamente limpou-se a superfiacutecie do
escalpe com aacutelcool a 70 de modo a minimizar a camada gordurosa da pele De seguida procedeu-se
agrave colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos Foram colocados dois eleacutetrodos de AgAgCl (comerciais) um de forma a
servir como controlo (posiccedilatildeo O2) e outro em curto-circuito com o ground e a referecircncia (posiccedilatildeo
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino
durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia
29
29
Fp2) O eleacutetrodo poroso em estudo colocou-se a cerca de 3 cm do eleacutetrodo de AgAgCl posiccedilatildeo O2
de modo a captar o mesmo sinal que o obtido pelo eleacutetrodo de controlo (Figura 17)
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos
35 Implementaccedilatildeo em Matlab
Apoacutes a importaccedilatildeo do ficheiro obtido nos ensaios de ruiacutedo para o Matlab foi criado um filtro
Butterworth de ordem 20 de 05 ateacute 40 Hz atraveacutes da funccedilatildeo jaacute implementada pelo Matlab
ldquofdesignbandpassrdquo De seguida eacute aplicado o filtro duas vezes A primeira desde o primeiro ponto ateacute
o uacuteltimo e o segundo na ordem inversa Deste modo consegue-se natildeo soacute uma filtragem dupla mas
tambeacutem o cancelamento da fase dos filtros Assim efetivamente o filtro utilizado eacute de ordem 40 de
fase nula
De seguida eacute dividido o ensaio em segmentos de 30 segundos rejeitando os primeiros 10
segundos do ensaio Para cada segmento natildeo sobreposto eacute calculado o valor RMS da tensatildeo a
densidade espectral de potecircncia atraveacutes da estimaccedilatildeo pwelch do Matlab e o declive meacutedio (primeira
derivada do sinal) Contudo no final eacute calculada tambeacutem a densidade espectral de potecircncia global
que eacute expressa em dB
30
30
31
31
Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos
Resultados obtidos e discussatildeo
41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo
411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos
eleacutetrodos
Neste estudo eacute de extrema relevacircncia a eleiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante a utilizar Para isso
recorreu-se agrave realizaccedilatildeo de vaacuterios ensaios que possibilitassem uma avaliaccedilatildeo objetiva da resposta do
sistema Efetuou-se entatildeo primeiro uma anaacutelise do ruiacutedo ao longo de 12 minutos com os eleacutetrodos
multipino nas diferentes soluccedilotildees (um medido contra o outro) e a respetiva referecircncia de seguida
realizou-se um ensaio para mensurar a resistecircncia agrave passagem de corrente com os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees e a respetiva referecircncia
Assim sendo a Figura 18 revela a impedacircncia dos eleacutetrodos nas diferentes soluccedilotildees testadas
Nesta pode-se observar que a soluccedilatildeo 1 apresenta niacuteveis de impedacircncia ligeiramente mais baixos que
as restantes soluccedilotildees Contudo os seus niacuteveis encontram-se uma deacutecada acima dos valores obtidos
pelo eleacutetrodo e AgAgCl utilizado comercialmente com o respetivo gel hidratante Observa-se ainda
que os desvios padratildeo satildeo tatildeo baixos que quase natildeo satildeo percetiacuteveis o que significa que os ensaios satildeo
bastante reprodutiacuteveis Eacute tambeacutem importante notar que ao longo de todas as frequecircncias testadas
os valores de impedacircncia aleacutem de se encontrarem todos abaixo dos valores maacuteximos permitidos (20-
40 k) [35] encontram-se ainda abaixo dos 5 k referidos como valores de impedacircncia ideal por vaacuterios
fornecedores [40][41] o que eacute de extrema relevacircncia nos passos subsequentes de aquisiccedilatildeo do sinal
uma vez que eacute indispensaacutevel ter baixos niacuteveis de impedacircncia para conseguir captar ondas cerebrais
32
32
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Foram ainda feitas mediccedilotildees de ruiacutedo nas mesmas condiccedilotildees Realizando-se de seguida uma
anaacutelise no domiacutenio temporal e outra no domiacutenio das frequecircncias Para isso como foi referido no
capitulo 35 recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software Matlab A primeira anaacutelise eacute feita no domiacutenio
temporal (Figura 19 (a)) sob a forma de um graacutefico da tensatildeo meacutedia (RMS) em funccedilatildeo do tempo que
eacute obtida apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa-alto de modo a retirar a componente DC do sinal e assim
obter um sinal de ruiacutedo para altas frequecircncias que seraacute representado em periacuteodos de 30 segundos
Deste modo eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees da quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo de
estabilizaccedilatildeo do eleacutetrodo O que se observa eacute que os niacuteveis de ruiacutedo ao longo do tempo variam entre
185 microV ateacute 2 microV o que equivale a uma variaccedilatildeo maacutexima de 015 microV tanto para os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees como para o eleacutetrodo de AgAgCl no respetivo gel hidratante Observa-se
ainda que aleacutem das pequenas variaccedilotildees ao longo do tempo o desvio padratildeo para todas as soluccedilotildees eacute
muito semelhante sugerindo que natildeo haacute diferenccedilas significativas a niacutevel das soluccedilotildees implementadas
Eacute ainda de salientar que natildeo se observa nenhuma evoluccedilatildeo de ruiacutedo ao longo do tempo o que sugere
uma estabilizaccedilatildeo do sistema muito raacutepida A segunda anaacutelise no domiacutenio temporal corresponde ao
declive meacutedio (Figura 19 (b)) foi realizada recorrendo agrave primeira derivada do sinal em DC obtido a
cada 30 segundos Deste graacutefico eacute possiacutevel retirar informaccedilatildeo referente agrave deriva do potencial e ao
tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema Assim recorrendo agrave sua visualizaccedilatildeo observa-se que a
estabilizaccedilatildeo eacute feita de forma semelhante para todas as soluccedilotildees Contudo a soluccedilatildeo 3 apresenta
menos variaccedilotildees ao longo do tempo valores mais proacuteximos de zero e maior reprodutibilidade entre
ensaios Finalmente o teste de controlo efetuado com os eleacutetrodos comerciais de AgAgCl no gel
aparentam ser ligeiramente menos estaacuteveis contudo os valores se encontram na mesma gama de
tensotildees
33
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Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Para concluir realizou-se uma anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias para isso recorreu-se ao
graacutefico da densidade espectral de tensatildeo (Figura 20) Nele observa-se que os resultados do ruiacutedo do
sinal aumentam com a diminuiccedilatildeo das frequecircncias numa proporccedilatildeo 119903119906iacute119889119900 ~ 1 119891119903119890119902119906ecirc119899119888119894119886frasl
confirmando os estudos feitos por E Huigen em 2002 [20] No entanto estes tendem a estabilizar a
partir dos 10 Hz em valores proacuteximos dos -238 dB Eacute de referir que a para frequecircncias elevadas o
sinal de ruiacutedo eacute determinado pelo ruiacutedo do amplificador e natildeo pelo ruiacutedo da interface metal-eletroacutelito
uma vez que este eacute significativamente menor do que o ruiacutedo do amplificador impedindo assim a sua
mediccedilatildeo mesmo com equipamentos de baixo ruiacutedo [20]
34
34
Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
35
35
a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
36
36
Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
37
37
Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
38
38
Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
39
39
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
40
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
41
41
Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
42
42
Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
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43
Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
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Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
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Anexos
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Capiacutetulo 2 Enquadramento teoacuterico
Enquadramento teoacuterico
A EEG eacute um registo associado a uma teacutecnica cliacutenica que se baseia na aquisiccedilatildeo dos sinais produzidos
no coacutertex cerebral A obtenccedilatildeo dos mesmos eacute possiacutevel uma vez que aiacute existem ceacutelulas excitaacuteveis
capazes de conduzir os impulsos nervosos os neuroacutenios Estes impulsos geram correntes eleacutetricas
atraveacutes do corpo da ceacutelula ateacute uma zona chamada zona de disparo Neste local as correntes dirigem-
se ao espaccedilo extracelular provocando uma diferenccedila de potencial que desencadearaacute um novo estiacutemulo
na proacutexima ceacutelula e que contribuiraacute para a produccedilatildeo dos referidos sinais
21 Sistema nervoso
O sistema nervoso eacute responsaacutevel pela maioria das funccedilotildees de controlo no organismo coordenando
e regulando as atividades corporais Isto eacute feito atraveacutes da interpretaccedilatildeo e resposta a estiacutemulos Este
sistema eacute convencionalmente dividido em duas categorias o sistema nervoso central (SNC) que se
verifica tratar do desenvolvimento das respostas aos estiacutemulos e o sistema nervoso perifeacuterico (SNP)
o responsaacutevel pela conduccedilatildeo do estiacutemulo nervoso No caso do SNC podem distinguir-se vaacuterios oacutergatildeos
o enceacutefalo (constituiacutedo pelo ceacuterebro cerebelo e tronco encefaacutelico) e a espinal medula Jaacute no caso do
SNP esta divisatildeo eacute feita atraveacutes da distinccedilatildeo entre nervos cranianos ou espinhais [16] Os nervos satildeo
essencialmente um conjunto de axoacutenios e dendrites de vaacuterios neuroacutenios
Os neurocircnios que datildeo origem aos nervos satildeo ceacutelulas com capacidade excitatoacuteria capazes de
transmitir sinais nervosos Contudo as ceacutelulas da glia tambeacutem presentes no sistema nervoso
sobretudo nos nervos satildeo as principais responsaacuteveis pela propagaccedilatildeo orientada do estiacutemulo uma vez
que ao recobrirem o axoacutenio criam circuitos neuronais independentes [16]
Os axoacutenios transmitem pulsos eleacutetricos devido agrave presenccedila de canais ioacutenicos que abrem e fecham
de modo a controlar as concentraccedilotildees dos diferentes iotildees nos meios interno e externo da ceacutelula
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211 Propagaccedilatildeo do sinal
Um impulso nervoso origina a transmissatildeo de um sinal codificado ao longo da membrana do
neuroacutenio Para compreender esta transmissatildeo dentro do proacuteprio neuroacutenio eacute necessaacuterio conhecer o
conceito de potenciais de repouso e de accedilatildeo
N as fases em que se verifica existir potenciais de repouso os iotildees de soacutedio entram para a ceacutelula
atraveacutes de transporte passivo uma vez que a concentraccedilatildeo destes eacute menor no interior da ceacutelula (a
favor do gradiente de concentraccedilatildeo) Posteriormente daacute-se a sua expulsatildeo de forma ativa ao mesmo
tempo que entram iotildees de potaacutessio ativamente Finalmente os iotildees de potaacutessio voltam passivamente
ao exterior da membrana outorgando agrave ceacutelula uma carga positiva Diz-se entatildeo que esta se encontra
polarizada Nas ceacutelulas nervosas o potencial de membrana ronda os -90mV [6]
Os potenciais de accedilatildeo satildeo os responsaacuteveis pela propagaccedilatildeo do estiacutemulo nervoso contudo a sua
duraccedilatildeo natildeo ultrapassa alguns milissegundos (ver a Figura 3) Esta propagaccedilatildeo ocorre quando o
potencial de membrana que se encontra nos -90mV passa a ocupar valores de -50 a -70mV devido a
uma perturbaccedilatildeo externa de modo a responder a esta situaccedilatildeo ocorre a passagem por difusatildeo dos
iotildees de soacutedio para o interior da ceacutelula resultando na alteraccedilatildeo dos potenciais ateacute entatildeo negativos
para valores que podem chegar a +35mV De seguida a ceacutelula expulsa ativamente o soacutedio alterando
assim o potencial para aproximadamente -95mV Daacute-se entatildeo a repolarizaccedilatildeo atraveacutes da bomba de
Na+K+ ou seja a ceacutelula volta agraves condiccedilotildees iniciais [6]
Apoacutes um sinal ser transportando atraveacutes de um neuroacutenio eacute necessaacuterio que este seja comunicado
ao neuroacutenio seguinte de modo a manter a transmissatildeo do impulso Esta transferecircncia daacute-se em locais
especiacuteficos e pode ser feita eletricamente (atraveacutes de iotildees) ou quimicamente (atraveacutes de uma fenda
sinaacuteptica onde um neurotransmissor eacute libertado e se liga a recetores especiacuteficos do neuroacutenio poacutes-
sinaacuteptico) [6][16]
Figura 3 Representaccedilatildeo do fluxo ioacutenico durante o potencial de accedilatildeo (Adaptado de [16])
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22 Aquisiccedilatildeo do sinal
Eacute impossiacutevel medir a atividade eleacutetrica gerada por um uacutenico neuroacutenio contudo a aquisiccedilatildeo do
sinal electroencefalograacutefico soacute eacute possiacutevel graccedilas agrave emissatildeo parcialmente sincronizada do impulso
nervoso numa parte significativa do coacutertex cerebral Deste modo o EEG reflete o somatoacuterio da
atividade siacutencrona de milhares de neuroacutenios com uma orientaccedilatildeo espacial semelhante assessorando
assim a aquisiccedilatildeo de um sinal reprodutiacutevel e mensuraacutevel que possibilita uma interpretaccedilatildeo fidedigna
[16]
Esta teacutecnica permite o registo da atividade eleacutetrica do ceacuterebro Eacute um procedimento raacutepido
simples e indolor no qual os impulsos eleacutetricos do ceacuterebro satildeo amplificados e registrados em papel
atraveacutes de um galvanoacutemetro ou em formato digital O seu interesse prende-se natildeo soacute com os baixos
custos da teacutecnica como tambeacutem com a obtenccedilatildeo em tempo real destes sinais de modo a conseguir
diagnosticar eventuais anomalias
A EEG quando comparada com outras teacutecnicas como por exemplo o eletrocardiograma (ECG)
apresenta uma maior dificuldade na obtenccedilatildeo dos dados uma vez que a tensatildeo a captar eacute de muito
menor amplitude os sinais por vezes encontram-se na regiatildeo do ruiacutedo eleacutetrico e aleacutem disso os
amplificadores comuns natildeo fornecem uma banda de funcionamento que consiga amplificar o sinal de
forma eficaz o que exige a utilizaccedilatildeo de amplificadores especialmente desenhados [6] Contudo
estas limitaccedilotildees natildeo impediram o avanccedilo desta tecnologia Ao longo do tempo as teacutecnicas de obtenccedilatildeo
dos dados foram-se aprimorando tendo chegado na fase de maturidade agrave arquitetura ilustrada na
Figura 4 em que a saiacuteda eacute representada em papel desenhada por canetas conduzidas por mecanismos
controlados por galvanoacutemetros Hoje em dia os sistemas evoluiacuteram sobretudo na parte final atraveacutes
da digitalizaccedilatildeo dos sinais filtrados e seu armazenamento num dispositivo digital Desta forma torna-
se muito mais flexiacutevel a fase de visualizaccedilatildeo dos sinais que eacute feita em monitores graacuteficos de
computador bem como a fase de armazenamento e arquivo e criaccedilatildeo de fichas de exame A
digitalizaccedilatildeo permite o processamento digital dos sinais a fim principalmente de os caracterizar do
ponto de vista morfoloacutegico e assim contribuir para a classificaccedilatildeo do ponto de vista cliacutenico
Figura 4 Diagrama de blocos representativo de um sistema para aquisiccedilatildeo de sinais
eletroencefalograacuteficos
A EEG eacute realizada atraveacutes da colocaccedilatildeo de eleacutetrodos no couro cabeludo obedecendo o
posicionamento dos mesmos a regras especiacuteficas pois a sua localizaccedilatildeo influencia os sinais captados
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De modo a facilitar a comparaccedilatildeo dos resultados eacute habitualmente utilizado um sistema se
colocaccedilatildeo padratildeo chamado 10-20 (Figura 5) Segundo este padratildeo os locais onde os eleacutetrodos satildeo
colocados satildeo denominados por letras de acordo com as aacutereas cerebrais adjacentes seguidas de um
nuacutemero impar se o eleacutetrodo se encontrar no lado esquerdo da cabeccedila ou par se for no lado direito
[6]
Apoacutes a obtenccedilatildeo do sinal contiacutenuo de EEG eacute
possiacutevel distinguir vaacuterios tipos de ondas de acordo
com a sua amplitude e frequecircncia A amplitude das
ondas pode ir ateacute aos 200 μV e a frequecircncia ateacute 30Hz
A Figura 6 representa os diferentes tipos de ondas
As ondas delta satildeo ondas da mais baixa frequecircncia
e amplitudes elevadas que ocorrem em momentos do
sono profundo por outro lado as ondas teta
encontram-se na gama de frequecircncias de 4-7 Hz
contudo
continuam a apresentar grandes amplitudes e ocorrem
em estaacutegios de meditaccedilatildeo e relaxamento profundo as
ondas alfa apresentam por sua vez amplitudes meacutedias
e frequecircncias compreendidas entre os 8 e os 13 Hz
correspondendo a estados mentais relaxados no sono
Finalmente as ondas beta satildeo as de mais elevada
frequecircncia (gt13 Hz) com amplitudes de cerca de 10 μV
e ocorrem quando existe um estimulo visual ou no estado
normal de vigiacutelia [6]
221 Eleacutetrodos
Os eleacutetrodos constituem a interface entre o escalpe e o equipamento de mediccedilatildeo No caso de um
eleacutetrodo huacutemido quando a parte metaacutelica entra em contacto com o eletroacutelito tem lugar um processo
de oxidaccedilatildeoreduccedilatildeo de iotildeesaacutetomos que daacute lugar ao aparecimento de um potencial caracteriacutestico
As propriedades fiacutesico-quiacutemicas tanto do eleacutetrodo como do eletroacutelito afetam o valor do potencial
Quando eleacutetrodos idecircnticos satildeo submersos num eletroacutelito homogeacuteneo ambos assumem o mesmo
potencial com respeito ao eletroacutelito Contudo eleacutetrodos diferentes colocados nas mesmas condiccedilotildees
apresentam potenciais diferentes [6] Deste modo eacute sensato concluir que a amplitude do potencial
depende do material de que o eleacutetrodo eacute feito Por esse motivo os eleacutetrodos utilizados na cliacutenica satildeo
comumente produzidos com prata e cloreto de prata uma vez apresentam uma resistecircncia agrave passagem
Figura 5 Sistema internacional 10-20 para
a colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos em EEG
(Adaptado de [17])
Figura 6 Representaccedilatildeo das ondas eletroencefalograacuteficas registadas durante um
exame de EEG [5]
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de corrente natildeo elevada e os seus niacuteveis de impedacircncia satildeo estaacuteveis ao longo de uma ampla gama de
frequecircncias
Contudo o material natildeo eacute o uacutenico paracircmetro que varia para escolher um eleacutetrodo Dependendo
das necessidades existem tambeacutem variedades morfoloacutegicas como os eleacutetrodos invasivos e os natildeo-
invasivos
2211 Eleacutetrodos invasivos
Dentro dos eleacutetrodos invasivos (intracranianos) os mais utilizados satildeo os eleacutetrodos profundos
intracerebrais e os subdurais [13] Os primeiros consistem em eleacutetrodos em forma de agulha feitos
de material flexiacutevel com muacuteltiplos pontos de contacto para registo Satildeo ideais para o registo de
atividade em aacutereas distantes da superfiacutecie Proporcionam ainda um registo preciso da regiatildeo
volumeacutetrica adjacente a cada ponto de registo no entanto a extensatildeo da dita aacuterea eacute limitada [18]
Portanto o uso deste tipo de eleacutetrodos eacute ideal apoacutes os resultados dos exames natildeo-invasivos sugerirem
um ldquoalvordquo provaacutevel Os eleacutetrodos subdurais que podem ser do tipo placa ou tira de silicone com
muacuteltiplos contatos de registo satildeo ideais para o registo de aacutereas extensas do coacutertex [14] Contudo os
eleacutetrodos subdurais podem natildeo registar adequadamente alteraccedilotildees localizadas em profundidade
Este tipo de eleacutetrodos deve apresentar dimensotildees reduzidas de modo a que o dano provocado no
tecido cerebral seja miacutenimo Devem tambeacutem apresentar locais de aplicaccedilatildeo suficientes para recolher
potenciais de muitos neuroacutenios simultaneamente No entanto devido agrave sua natureza altamente
invasiva soacute satildeo usados em casos especiais em que o seu uso pode trazer grandes benefiacutecios para o
paciente
2212 Eleacutetrodos natildeo invasivos
O foco deste estudo centra-se nos eleacutetrodos natildeo invasivos eleacutetrodos colocados na superfiacutecie do
escalpe O contacto entre o eleacutetrodo e a pele eacute facilitado (impedacircncia reduzida) pela utilizaccedilatildeo de
gel e se for esse o caso estaacute-se perante o caso dos eleacutetrodos huacutemidos Contudo a aplicaccedilatildeo deste
gel requer uma preparaccedilatildeo preacutevia da pele que por vezes pode ser demorada suscetiacutevel de
desencadear reaccedilotildees aleacutergicas e desconfortaacutevel para o paciente [3] Surgiu entatildeo a alternativa dos
eleacutetrodos secos eleacutetrodos capazes de aquirir sinais que dispensam a utilizaccedilatildeo de soluccedilotildees todavia
como resultado da ausecircncia do gel ou pasta condutora a impedacircncia interfacial eacute muito mais elevada
tornando indispensaacutevel a integraccedilatildeo de um andar de preacute-amplificaccedilatildeo no eleacutetrodo
Procurando contornar as dificuldades de cada teacutecnica optou-se pelo desenvolvimento de um
bioeleacutetrodo inovador que dispensa a utilizaccedilatildeo de gel mas que apesar disso manteacutem um bom contacto
com a pele humidificando-a
Entre os materiais disponiacuteveis para a fabricaccedilatildeo de eleacutetrodos encontram-se o accedilo inoxidaacutevel o
ouro (Au) o oacutexido de iriacutedio (IrO2)) a prata (Ag) etc [14] tendo-se optado por utilizar um fio de
prata revestido com uma fina camada de cloreto de prata uma vez que os eleacutetrodos fabricados com
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este material apresentam niacuteveis de ruiacutedo reduzidos grande estabilidade do potencial eleacutetrico na gama
de frequecircncias utilizada e uma impedacircncia interfacial baixa [14][19]
23 Interface do eleacutetrodo com a pele
A pele eacute um oacutergatildeo que cobre e protege o corpo e que se observa estar organizado em muacuteltiplas
camadas Eacute composta de trecircs camadas principais a epiderme a derme e a hipoderme cada uma
delas com carateriacutesticas estruturais especiacuteficas que levam a diferentes niacuteveis de condutividade
eleacutetrica e que podem ser representados atraveacutes de modelos baseados em componentes eleacutetricos
baacutesicos [14] Podemos entatildeo do ponto de vista eleacutetrico simular os tecidos bioloacutegicos a partir de um
circuito eleacutetrico formado por resistecircncias e condensadores dispostos em redes com seacuteries e paralelos
agindo estes como condutores ou dieleacutetricos nos quais o fluxo de corrente seguiraacute o caminho de
menor oposiccedilatildeo (Figura 7) Um exemplo ilustrativo desta situaccedilatildeo estaacute representado para o stratum
corneum a camada mais perifeacuterica da epiderme como este tecido eacute relativamente pouco condutor
apresenta uma elevada impedacircncia agrave transmissatildeo das correntes eleacutetricas [20] Assim devido agraves suas
propriedades dieleacutetricas a sua pequena espessura e o seu posicionamento entre o eleacutetrodo condutor
exterior e os tecidos subjacentes mais condutores eacute possiacutevel a sua representaccedilatildeo por meio de um
condensador de placas paralelas
Figura 7 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da interface com a pele e
o seu modelo de circuito eletroacutenico equivalente Adaptado de [14]
O valor da capacidade eleacutetrica da pele estaacute relacionado com a espessura e composiccedilatildeo da camada
coacuternea e tem um valor tiacutepico no intervalo 002-006 microFcm2 [14]
Por outro lado uma vez que alguns iotildees conseguem atravessar o stratum corneum atraveacutes dos
elementos da pele (foliacuteculos do cabelo suor canais das glacircndulas sebaacuteceas imperfeiccedilotildees da pele)
isso pode ser representado coletivamente por uma resistecircncia que seraacute colocada em paralelo com o
condensador Como as camadas subjacentes agrave epiderme satildeo relativamente condutoras representam-
se por uma resistecircncia em seacuterie adicional A presenccedila de uma elevada densidade de foliacuteculos pilosos
(que atuam como derivaccedilotildees de baixa resistecircncia) daacute origem a um valor muito baixo na resistecircncia da
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pele No entanto esta observaccedilatildeo eacute contrabalanccedilada pela dificuldade em fazer contato mecacircnico e
eleacutetrico firme Em tais casos a impedacircncia da pele eacute muito elevada e por vezes eacute necessaacuterio recorrer
agrave remoccedilatildeo dos pelos antes de realizar o exame [14]
231 Hidrataccedilatildeo da pele
O processo de hidrataccedilatildeo da pele humana acontece por duas vias a interna e a externa [21] No
caso da via interna isto acontece quando os queratinoacutecitos migram atraveacutes da derme e sofrem
alteraccedilotildees significativas uma vez que paralelamente a esse processo satildeo libertados liacutepidos e o fator
de hidrataccedilatildeo natural da pele (NMF - Natural moisturizer factor) No caso dos liacutepidos estes formam
uma barreira para a perda de aacutegua e ajudam a reter a hidrataccedilatildeo natural da pele Jaacute no caso da
hidrataccedilatildeo por via externa esta acontece quando introduzimos na pele substacircncias cosmeacuteticas e
farmacecircuticas com capacidades de humedecer as camadas externas da pele para isso na produccedilatildeo
destas substacircncias satildeo utilizadas principalmente trecircs tipos de ingredientes (1) os humectantes que
Incluem a glicerina a ureia e o aacutecido carboxiacutelico da pirrolidona (PCA) que atuam atraindo a aacutegua das
camadas inferiores da derme e ajudando a manter essa aacutegua no estrato coacuterneo (2) os agentes oclusivos
que aumentam os niacuteveis de humidade proporcionando uma barreira fiacutesica para a perda de aacutegua (ceras
oacuteleos e silicones) (3) os emolientes que procuram restaurar os NMF [21]
2311 O gel para utilizaccedilatildeo com os eleacutetrodos
O gel utilizado nos eleacutetrodos serve para (1) assegurar um bom contacto eleacutetrico com a pele do
paciente (2) facilitar a transferecircncia de carga na interface eleacutetrodo-eletroacutelito e assim (3) diminuir
a impedacircncia do estrato coacuterneo [14]
Existem dois tipos de gel o gel huacutemido normalmente denominados como pasta creme ou
substacircncia gelatinosa e o hidrogel Os primeiros satildeo geralmente compostos por aacutegua um agente
espessante bactericidasfungicidas sais ioacutenicos e um surfatante O sal ioacutenico tem como finalidade
conferir condutividade eleacutetrica ao gel e diminuir a impedacircncia eleacutetrica da pele atraveacutes da sua difusatildeo
na mesma Normalmente os sais utilizados satildeo o cloreto de soacutedio (NaCl) ou de potaacutessio (KCl) uma vez
que a maior parte dos iotildees presentes na superfiacutecie da pele humana satildeo o cloreto o soacutedio e o potaacutessio
permitindo assim que elevadas concentraccedilotildees destes sais sejam melhor toleradas pelo corpo
[14][18][22] Por outro lado o hidrogel eacute um gel soacutelido que incorpora hidrocoloacuteides naturais no
entanto a utilizaccedilatildeo destes agentes naturais por vezes provoca desempenhos variaacuteveis e cores pouco
atrativas levando assim agrave utilizaccedilatildeo de hidrocoloacuteides artificiais de modo a eliminar variabilidades
indesejadas
O hidrogel tecircm tendecircncia a causar menos irritaccedilotildees na pele quando comparado com o gel huacutemido
porque o hidrogel limita-se a garantir um bom contato eleacutetrico entre a pele e o eleacutetrodo sem afetar
as propriedades do stratum corneum [14]
14
14
O hidrogel eacute eletricamente mais resistivo do que o gel no entanto esta desvantagem eacute
compensada tanto pela utilizaccedilatildeo de maiores aacutereas com hidrogel como tambeacutem pela diminuiccedilatildeo da
espessura da camada do mesmo Contudo isto natildeo eacute suficiente uma vez que o hidrogel natildeo eacute tatildeo
eficaz na hidrataccedilatildeo da pele (tem tendecircncia a absorver humidade) dando assim como resultado um
aumento na impedacircncia da pele [14]
24 Teacutecnicas de revestimento da prata com cloreto de prata
Finas camadas de um determinado metal depositado sobre um substrato desemprenham
muitas vezes uma funccedilatildeo essencial em muitos dispositivos como por exemplo nos circuitos integrados
No caso dos eleacutetrodos eacute necessaacuterio revestir os fios de prata com finas camadas de cloreto de prata
com o intuito de auxiliar a concretizaccedilatildeo das trocas ioacutenicas referidas no capiacutetulo 1 equaccedilatildeo (1) de
modo a ter-se uma transduccedilatildeo do sinal ioacutenico num sinal eleacutetrico de forma eficaz e reversiacutevel Estas
camadas devem apresentar caracteriacutesticas rigorosamente controladas A espessura a estrutura
atoacutemica e a composiccedilatildeo quiacutemica devem ser uniformes [14][18] Eacute tambeacutem importante que exista
pouca ou nenhuma contaminaccedilatildeo por outras partiacuteculas
As propriedades dos filmes satildeo altamente dependentes dos processos de deposiccedilatildeo Estes
devem ter boa aderecircncia e prover uma boa cobertura Deste modo para a preparaccedilatildeo da prata para
eleacutetrodos a teacutecnica a utilizar deve ser a deposiccedilatildeo eletroquiacutemica atraveacutes de um processo que envolve
a deposiccedilatildeo de um material soacutelido por meio de uma reaccedilatildeo quiacutemica com ou sem recurso a energia
externa Neste caso os substratos de prata satildeo submersos numa soluccedilatildeo contendo um agente oxidante
(por exemplo cloreto feacuterrico) produzindo assim uma fina camada de cloreto de prata ( ( 4)
Ag + + FCl3 FeCl2 + Ag ( 4 )
Em geral a deposiccedilatildeo por electroless plating de um metal envolve a deposiccedilatildeo de um
revestimento metaacutelico a partir dos seus iotildees presentes num banho aquoso sobre uma superfiacutecie atraveacutes
de uma reaccedilatildeo de reduccedilatildeo quiacutemica controlada que eacute ativada pelo metal que estaacute a ser depositado
(reduzido) [23] Os revestimentos obtidos atraveacutes da implementaccedilatildeo desta teacutecnica satildeo geralmente
uniformes duros com elevadas resistecircncias agrave corrosatildeo e ao desgaste e apresentam baixo coeficiente
de fricccedilatildeo [24][25]
Existe contudo uma enorme variedade de meacutetodos eletroquiacutemicos que permitem a
oxidaccedilatildeodeposiccedilatildeo de finas camadas de cloreto de prata tais como a deposiccedilatildeo assistida por plasma
ou por feixes de iotildees o sputtering a deposiccedilatildeo quiacutemica e a deposiccedilatildeo fiacutesica em fase de vapor etc
[25] Todavia a execuccedilatildeo destes processos envolve a utilizaccedilatildeo de equipamentos altamente
especializados em ambiente de vaacutecuo vaacuterias soluccedilotildees e um campo eleacutetrico de modo a possibilitar a
transformaccedilatildeo de energia quiacutemica em energia eleacutetrica e vice-versa Finalmente um meacutetodo tambeacutem
bastante usado eacute a sinterizaccedilatildeo de poacute de cloreto de prata sobre o substrato metaacutelico dando origem
a um revestimento espesso e poroso
15
15
25 Novo conceito de eleacutetrodo
O desenvolvimento do novo tipo de bioeleacutetrodo busca
colmatar as lacunas presentes nos eleacutetrodos disponiacuteveis
comercialmente (dos tipos huacutemido e seco) Tentando manter as
melhores carateriacutesticas de cada tipo de eleacutetrodo Para isso eacute
necessaacuterio desenvolver o eleacutetrodo com materiais condutores que
possibilitem as trocas ioacutenicas e aleacutem disso tenha a capacidade
de manter huacutemido o ponto de contacto com a pele de forma a
diminuir a impedacircncia na interface mas sem usar pastas ou gel
que sujam a pele
A hidrataccedilatildeo da pele por via externa nos ensaios a
realizar eacute feita atraveacutes da aplicaccedilatildeo de diferentes soluccedilotildees
hidratantes que se encontram embebidas numa esponja num
reservatoacuterio existente no eleacutetrodo (Figura 8) Estas soluccedilotildees tecircm a capacidade de migrar atraveacutes do
eleacutetrodo atraveacutes do efeito de capilaridade e gravidade uma vez que a base do eleacutetrodo eacute feita de
policarbonato com porosidade aberta adequada ao fenoacutemeno da capilaridade
O desenvolvimento deste bioeleacutetrodo inovador possibilita tambeacutem uma colocaccedilatildeo raacutepida
coacutemoda e segura Uma vez que estes passam a ser colocados com uma touca
Finalmente eacute tambeacutem importante referir que a forma do eleacutetrodo em multipino permitiraacute
numerosos pontos de contacto de modo a minimizar a impedacircncia do mesmo contribuindo para a
obtenccedilatildeo de melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
26 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
O ruiacutedo eacute um sinal interferente de natureza aleatoacuteria que provoca a degradaccedilatildeo de sinal
durante o seu processamento Em eletroacutenica diz respeito a quaisquer correntes ou tensotildees indesejadas
que mascaram o sinal que realmente interessa
Nos dispositivos e circuitos eletroacutenicos existem inuacutemeras fontes de ruiacutedo dai a importacircncia
na sua caraterizaccedilatildeo
Um tipo importante de ruiacutedo eacute o ruiacutedo de Johnson-Nyquist presente nos portadores de carga
e em todos os elementos com resistecircncia eleacutetrica Este tipo de ruiacutedo eacute caraterizado por uma densidade
espectral de potecircncia (do inglecircs power spectral density - PSD) uniforme e forma de onda gaussiana
[26]
O ruiacutedo de Johnson-Nyquist eacute comumente chamado ruiacutedo teacutermico e a sua tensatildeo eficaz pode
ser calculado atraveacutes da ( 5 para uma resistecircncia eleacutetrica R
Vt= radic4∙k∙T∙B∙R=radic16times1020
∙B∙R ( 5 )
Figura 8 Eleacutetrodo de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios A representa o fio de prata B a soluccedilatildeo condutora C a esponja do reservatoacuterio e D material de policarbonato de natureza porosa onde se estabelece o contacto com a pele
16
16
onde k representa a constante de Boltzmann em JK T a temperatura da resistecircncia em K B
a banda equivalente de ruiacutedo e R o valor da resistecircncia em Ohm
Para o caacutelculo da banda equivalente de ruiacutedo considera-se que o sistema tem uma funccedilatildeo de
transferecircncia do tipo 1198810
119881119894frasl = 119860(119895119891) e estaacute sujeito a uma entrada de ruiacutedo de PSD 119878119881119894
Deste modo
obtemos que o valor meacutedio da tensatildeo de ruiacutedo na saiacuteda para um amplificador seraacute
1198811198990
2 = int 119878119881119894 |A(jf)|2 partfinfin
0
( 6 )
Sendo |119860(119895119891)| usualmente uma funccedilatildeo do tipo
Figura 9 Funccedilatildeo de um filtro passa-baixos |119912(119947119943)|
Uma vez que as regiotildees sombreadas satildeo iguais pode-se simplificar o caacutelculo atraveacutes da aacuterea
de um retacircngulo com a mesma aacuterea que o quadrado da funccedilatildeo de transferecircncia Temos entatildeo que a
banda equivalente eacute dada por
B=1
|A0|2int |A(jf)|2 partf
infin
0
( 7 )
Outro tipo de ruiacutedo presente nos equipamentos eletroacutenicos que eacute interessante estudar eacute o
ruiacutedo ldquoshotrdquo ou ruiacutedo de corrente (Ish) que como o nome indica estaacute associado agrave corrente DC que
flui atraveacutes de uma barreira de potencial e pode ser representado por
Ish= radic2∙q∙IDc∙B ( 8 )
Onde q representa a carga eletroacutenica em coulomb e IDC a corrente contiacutenua meacutedia em ampere
Finalmente outro tipo de ruiacutedo a estudar seraacute o ruiacutedo 1f ldquoflickerrdquo ou ruiacutedo de contacto (If)
que ocorre devido agraves diferenccedilas nos niacuteveis de energia eleacutetricos quando existe um contato imperfeito
entre dois materiais Este tipo de ruiacutedo pode ser calculado atraveacutes de
119868119891 = 119870 ∙ 119868119863119888 ∙ radic119861
radic119891 ( 9 )
Onde K eacute um valor constante que depende do material e da geometria
A baixas frequecircncias este ruiacutedo eacute chamado de ruiacutedo ldquo1frdquo devido agrave tendecircncia caracteriacutestica
de decrescimento com a frequecircncia Eacute importante notar que a magnitude do ruido ldquoflickerrdquo pode ser
17
17
muito grande para pequenas frequecircncias o que leva a que seja a forma de ruiacutedo predominante em
circuitos de baixa frequecircncia
Considerando o ruiacutedo total como adiccedilatildeo das contribuiccedilotildees dos vaacuterios tipos de ruiacutedo na
configuraccedilatildeo eleacutetrica adotada para um amplificador pode-se considerar que o ruiacutedo na entrada segue
a representaccedilatildeo da Figura 10 da qual eacute possiacutevel retirar que
1198681198992 =
1198811198991199052 minus 119881119899
2 minus 1198811199052
1198771199042 ( 10 )
Na praacutetica In pode ser calculado atraveacutes da PSD do ruiacutedo total obtido com uma resistecircncia
elevada de modo a que 1198811198990≫ 119860radic119881119899
2 ∙ 1198811199052 e que Vn eacute a PSD do sistema com a entrada em curto circuito
Figura 10 Circuito representativo dos componentes do ruiacutedo do amplificador na entrada segundo o modelo Vn-In
No corpo humano a captaccedilatildeo dos biopotenciais no escalpe estaacute sujeita agrave presenccedila de ruiacutedo
eleacutetrico intriacutenseco indesejado na interface eleacutetrodogelpele que faz com que o processo de deteccedilatildeo
e anaacutelise dos sinais bioloacutegicos reais seja mais complicado Eacute necessaacuterio por isso caracterizar e
conhecer a magnitude e origem destas flutuaccedilotildees de modo a caraterizar a qualidade dos eleacutetrodos
desenvolvidos
O ruiacutedo eleacutetrodo-pele pode estar ligado agrave interface entre o eleacutetrodo e o eletroacutelito ou entatildeo
agrave interface eletroacutelito-pele No primeiro caso esta situaccedilatildeo pode ser mensurada atraveacutes da colocaccedilatildeo
de eleacutetrodos do mesmo tipo um contra o outro Por outro lado o ruiacutedo produzido pela interface
eletroacutelito-pele deve ser mensurado de uma forma indireta atraveacutes do contacto direto entre o eleacutetrodo
e a pele Nesta situaccedilatildeo o ruiacutedo eacute tipicamente mais elevado do que o que se obteacutem na interface
eleacutetrodo-eletroacutelito [3] Uma vez que os resultados obtidos nestes ensaios dependem diretamente do
estado da pele eacute importante garantir um tratamento preacutevio adequado
18
18
261 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio do tempo RMS e Deriva do potencial
A raiz do valor quadraacutetico meacutedio RMS (do inglecircs root mean square) ou valor eficaz eacute uma
medida estatiacutestica da magnitude de uma quantidade variaacutevel que pode ser calculada atraveacutes da
expressatildeo
120600119877119872119878 = radic1
119873 sum120600119894
2
119873
119894=1
= radic1206001
2 + 12060022 + ⋯+ 120600119873
2
119873 ( 11 )
Nos sinais a estudar satildeo calculados os valores RMS da parte alternada do sinal em intervalos
de tempo sucessivos Destes valores eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees acerca da evoluccedilatildeo temporal do
sinal assim como a quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo
Por outro lado a deriva do potencial eacute calculada recorrendo agrave primeira derivada do sinal nos
diferentes pontos pela componente contiacutenua do sinal sendo portanto de natureza lenta Eacute possiacutevel
por isso analisar a deriva do potencial e o tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema atraveacutes do recurso desde
caacutelculo
262 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio das frequecircncias Densidade espectral
A densidade espectral de potecircncia PSD eacute definida pela transformada de Fourier da funccedilatildeo
de autocorrelaccedilatildeo (Rxx (120591)) de um processo estacionaacuterio ou seja
Teorema de Wiener-Khintchine 119878119909(119891) = F[Rxx(120591)]= int Rxx(120591)119890minus 1198952120587119891120591119889120591infin
minusinfin
( 12 )
Por outras palavras a PSD descreve a distribuiccedilatildeo da variacircncia de um processo aleatoacuterio no
domiacutenio da frequecircncia [27][28]
No Matlab esta estimaccedilatildeo eacute feita atraveacutes da funccedilatildeo pwelch jaacute implementada esta segue o
meacutetodo Welch para o caacutelculo da PSD Este meacutetodo eacute baseado no conceito de utilizaccedilatildeo de
periodogramas de estimaccedilatildeo espectral que satildeo o resultado da conversatildeo de um sinal no domiacutenio
temporal para o domiacutenio da frequecircncia [29] Para isso o meacutetodo Welch segue o fundamento do
meacutetodo Bartlett contudo permite a sobreposiccedilatildeo de segmentos [30]
O meacutetodo Bartlett consiste primeiramente na divisatildeo do segmento original de N amostras em
K segmentos de comprimento M Para cada segmento eacute obtido o periodograma calculado atraveacutes da
transformada discreta de Fourier de seguida eacute calculado o quadrado do resultado e dividido por M
Finalmente eacute feita a meacutedia do resultado dos periodogramas para todos os segmentos de K amostras
resultando num uacutenico vetor de potenciais em funccedilatildeo da frequecircncia Ou seja a reparticcedilatildeo da potecircncia
ao longo do espetro [28]
19
19
27 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo da impedacircncia
Um sistema eletroquiacutemico eacute aquele onde haacute a presenccedila de pelo menos uma fase condutora
eletroacutenica (eleacutetrodo) em contato direto com uma fase condutora ioacutenica (eletroacutelito) as quais originam
a interface eleacutetrodo-eletroacutelito onde se forma duma dupla camada eleacutetrica
A mediccedilatildeo da impedacircncia eletroquiacutemica em modo potenciostaacutetico eacute feita atraveacutes da
aplicaccedilatildeo de um sinal de potencial eleacutetrico sinusoidal 119881(119905) com cerca de 5 a 20 mV numa ceacutelula
eletroquiacutemica Satildeo medidas a resposta na forma de corrente eleacutetrica 119868(119905) e diferenccedila de fase entre
o sinal de potencial e o sinal da corrente [31] Ao medir a corrente alternada que atravessa a ceacutelula
eletroquiacutemica obtemos a impedacircncia Z da forma convencional 119885 = 119881119868 [32] Refira-se que a obtenccedilatildeo
da impedacircncia pode igualmente ser feita impondo uma perturbaccedilatildeo de corrente e medindo o
potencial A impedacircncia do eleacutetrodo reflete entatildeo a capacidade do eleacutetrodo para transferir carga a
determinada frequecircncia [32][33]
Deste modo tem-se se os valores da tensatildeo alternada V(t) e da intensidade I(t) forem
representados por
V(t)=V0∙ cos ωt
( 13 )
I(t)=I0∙ cos (ωt+φ) ( 14 )
No qual V0 representa a amplitude de pico do sinal 120596 a frequecircncia angular (120596 = 2120587119891) I0 a
amplitude do sinal de corrente e 120593 a diferenccedila de fase entre os dois sinais
Pela equaccedilatildeo de Euler
eiφ= cos φ +j sin φ ( 15 )
temos entatildeo que se φ=120596119905
V(t)= V0∙Re(ejωt) ( 16 )
representando essa tensatildeo alternada como uma parte real de uma grandeza complexa
temos que V(t) eacute equivalente a
V(t)=V0∙Re(119888119900119904120596119905 + 119895 ∙ 119904119894119899 120596119905) ( 17 )
Por outro lado atendendo agrave Equaccedilatildeo de Euler acima descrita a corrente eleacutetrica gerada
por um elemento de circuito em resposta a uma tensatildeo alternada pode ser escrita como
I(t)=I0∙Re(119890(120596119905+120593))
( 18 )
Deste modo a impedacircncia fica
Z(ω)=Z0∙ejφ
( 19 )
e aplicando a equaccedilatildeo de Euler
Z(ω)=Z ( cos φ + j sin φ ) ( 20 )
20
20
Obtemos uma equaccedilatildeo composta de uma parte real e uma parte imaginaacuteria possibilitando
assim a sua representaccedilatildeo num plano cartesiano onde a parte real corresponderaacute ao eixo das abcissas
e a parte imaginaria ao eixo das ordenadas (Diagrama de Nyquist)
Pode-se tambeacutem representar a impedacircncia como um vetor no plano complexo
Z (ω)=Re[Z(ω)]i +Im[Z(ω)]j ( 21 )
E se Z0 for o moacutedulo da impedacircncia a parte real de 119885(120596) escreve-se
Z=Z0∙ cos φ
( 22 )
sendo a parte imaginaacuteria representada por
Z=Z0∙ sin φ
( 23 )
que segundo a representaccedilatildeo de Fresnel corresponde a
Z(ω)=Z+ j Z
( 24 )
ou seja
1198850=|Z(ω)|=radicZ2+ Z
2 ( 25 )
e
tan φ = Z
Zfrasl ( 26 )
Os diagramas de Nyquist satildeo uacuteteis para reconhecer o tipo de processo envolvido Os diagramas
de Bode por outro lado mostram a dependecircncia direta do acircngulo de fase com a frequecircncia Este
uacuteltimo eacute particularmente interessante em escalas de frequecircncia muito diferentes uma vez que eacute
frequentemente representado atraveacutes da escala logariacutetmica portanto os resultados nos capiacutetulos
subsequentes seratildeo apresentados neste formato
21
21
A teacutecnica de Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica (do inglecircs Electrochemical
Impedance Spectroscopy - EIS) fornece uma visatildeo completa e detalhada das caracteriacutesticas eleacutetricas
da interface eleacutetrodo-eletroacutelito quando efetuada
numa gama suficientemente largada de frequecircncias
Na Figura 11 estaacute representado um esquema da
montagem experimental para mediccedilatildeo da
impedacircncia As reaccedilotildees eletroquiacutemicas satildeo em
essecircncia reaccedilotildees quiacutemicas em que ocorrem
transferecircncia de eletrotildees para um eleacutetrodo e como
regra ocorrem de acordo com princiacutepios quiacutemicos
gerais Haacute contudo certas caracteriacutesticas das
reaccedilotildees eletroquiacutemicas que satildeo uacutenicas Algumas
delas envolvem a transferecircncia de eletrotildees atraveacutes
de uma interface (reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo) o
que acarreta uma dependecircncia com as dimensotildees e
aacuterea do eleacutetrodo assim como tambeacutem das
propriedades da interface com o eleacutetrodo
Eacute habitual que os eleacutetrodos de AgAgCl apresentem potenciais relativamente baixos e
estaacuteveis Portanto a deposiccedilatildeo da camada de AgCl estabilizaraacute o potencial do eleacutetrodo e reduziraacute os
niacuteveis de impedacircncia Eacute de salientar que impedacircncias aceitaacuteveis para os eleacutetrodos de superfiacutecie devem
encontrar-se abaixo dos 5 k uma vez que quanto maior a impedacircncia maior seraacute a resistecircncia do
eleacutetrodo agrave passagem de corrente No entanto valores de 10 k ou mesmo 40 K ainda satildeo
considerados aceitaacuteveis dependendo dos autores [34][35]
Figura 11 Esquema representativo do ensaio potenciostaacutetico para mediccedilatildeo da impedacircncia
22
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Capiacutetulo 3 Materiais e meacutetodos
Materiais e meacutetodos
31 Preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes
Na preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes dissolveu-se cloreto de soacutedio (NaCl) em aacutegua
adicionando de seguida um tensioativo (tweencopy-80) e um humectante (propilenoglicol) As
concentraccedilotildees destes componentes variaram nas 3 soluccedilotildees conforme referido na Tabela 2 Conveacutem
referir que cada componente foi dissolvido em constante e contiacutenua agitaccedilatildeo numa placa de
agitaccedilatildeo tendo-se misturado primeiro o propilenogicol com o tweencopy e soacute depois com os restantes
compostos
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas
COMPONENTE INFORMACcedilAtildeO DO COMPONENTE SOLUCcedilAtildeO
1 2 3
NaCl (mV) VWR-BDH Prolabo Lote 27810295
09 09 09
Tweencopy-80 (VV) Acofarma
Lote 130287 3 3 5
Propilenoglicol(VV) Acofarma
Lote 131337 10 30 30
Aacutegua (VV) - qbp 100 qbp 100 qbp 100
A biocompatibilidade das mateacuterias-primas empregues para a obtenccedilatildeo das soluccedilotildees torna este
novo conceito de eleacutetrodo uma alternativa promissora para utilizaccedilatildeo cliacutenica Esta biocompatibilidade
estaacute inversamente relacionada com a concentraccedilatildeo de cloretos de soacutedio ou seja quanto menor a
concentraccedilatildeo tanto maior a biocompatibilidade das soluccedilotildees Por esse motivo as soluccedilotildees
desenvolvidas contavam com pequenas concentraccedilotildees de sais de modo a ser o mais semelhante
possiacutevel aos componentes ioacutenicos da proacutepria pele humana
24
24
32 Produccedilatildeo dos novos eleacutetrodos
321 Produccedilatildeo da estrutura porosa de policarbonato
A produccedilatildeo da estrutura porosa (wicks) foi realizada atraveacutes da sinterizaccedilatildeo de poacutes de
policarbonato (PC)
No que diz respeito ao processo de fabrico propriamente
dito o primeiro passo consistiu na moagem da mateacuteria-prima
(policarbonato) de seguida estas partiacuteculas foram sinterizadas
atraveacutes de um equipamento designado por cilindro de sinterizaccedilatildeo
Este cilindro foi aquecido a uma temperatura de asymp170degC e atingida
esta gama de temperaturas colocaram-se as partiacuteculas no molde
ldquoWickrdquo com as dimensotildees apresentadas na Figura 12 que se
encontrava dentro do cilindro central Procedeu-se
imediatamente ao encaixe do pistatildeo no cilindro central Para
finalizar mergulhou-se em aacutegua fria o cilindro central contendo o
molde deixando de seguida secar agrave temperatura ambiente [36]
322 Preparaccedilatildeo dos eleacutetrodos de pratacloreto de prata
Para a deposiccedilatildeo da camada de cloreto de prata nos fios de prata recorreu-se a uma teacutecnica
de deposiccedilatildeo quiacutemica Para isso os fios de prata (Ag) (diacircmetro = 250 miacutecron 9999 Goodfellow
Cambridge) foram oxidados com uma soluccedilatildeo de cloreto de ferro (III) (MERCK Lote 7705-08-0) apoacutes
um preacute-tratamento que permitiu a remoccedilatildeo de impurezas e sujidades presentes na superfiacutecie dos fios
Este preacute-tratamento consistiu na limpeza da superfiacutecie dos fios com 2-propanol e posterior imersatildeo
dos mesmos numa tina de ultrassons com 2-propanol durante 10 minutos De seguida mergulharam-
se os fios de prata em aacutegua destilada de forma a remover todo o 2-propanol presente Finalmente
o processo de oxidaccedilatildeo consistiu em submergir os fios de prata numa soluccedilatildeo aquosa de FeCl3 50 mM
durante 2 minutos ao finalizar este periacuteodo foram armazenados durante 24h num recipiente revestido
com folha de alumiacutenio que possuiacutea uma soluccedilatildeo de HCl 01M para estabilizaccedilatildeo Os fios que natildeo foram
utilizados imediatamente foram armazenados num recipiente revestido com folha de alumiacutenio com
uma soluccedilatildeo de HCl 0005M O comprimento de cada fio de prata eacute aproximadamente de 8 cm
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato
25
25
323 Montagem dos eleacutetrodos
Apoacutes o fabrico da estrutura porosa e da preparaccedilatildeo dos
fios de prata procedeu-se agrave montagem dos eleacutetrodos para isso
cortaram-se pequenas porccedilotildees de uma esponja em poliuretano
com configuraccedilatildeo ciliacutendrica e um diacircmetro semelhante ao da
parte superior da estrutura porosa De seguida atravessou-se esta
esponja com o fio de prata e inseriu-se o conjunto ldquoesponja +
arame de pratardquo dentro de um orifiacutecio superior que a estrutura
porosa possui Finalmente incorporou-se esta estrutura dentro de
um tubo de PVC de modo a atingir a configuraccedilatildeo apresentada na
Figura 13
33 Preparaccedilatildeo dos ensaios
Antes do iniacutecio dos ensaios os eleacutetrodos foram previamente lavados com 2-propanol e
colocados na estufa de modo a evaporar os resiacuteduos do aacutelcool Posteriormente foi aplicada a soluccedilatildeo
hidratante que se pretendia estudar de modo a que a esponja ficasse completamente embebida Desta
forma por uma parte os novos eleacutetrodos em estudo foram testados recorrendo agraves soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 e por outra os eleacutetrodos que serviram como controlo (eleacutetrodo de AgAgCl
(BIO EASYCAP GmbH Alemanha)) utilizaram o gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) Foram tambeacutem utilizados eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) como referecircncia
Para os estudos eletroquiacutemicos incorporaram-se os eleacutetrodos numa montagem constituiacuteda por
um potenciostatogalvanostato Gamry G-300 (Gamry Instruments USA) De modo a diminuir o ruiacutedo
eletroacutenico os ensaios foram todos realizados dentro de uma Gaiola de Faraday Eacute importante referir
que uma vez o nosso sistema de aquisiccedilatildeo de dados era ldquoearth groundedrdquo seguiu-se a sugestatildeo da
bula do Gamry e optou-se unicamente por ligar o ldquofloating groundrdquo agrave gaiola
34 Condiccedilotildees dos ensaios
A primeira parte do trabalho foi desenvolvida laquoIn vitroraquo com eleacutetrodos multipino foi feito
entatildeo um estudo do ruido eletroquiacutemico entre eleacutetrodos do mesmo tipo nas diferentes soluccedilotildees
referidas na Tabela 2 De seguida realizou-se um estudo das impedacircncias dos novos eleacutetrodos nas
diferentes soluccedilotildees seguidos por um estudo de controlo realizado nas mesmas condiccedilotildees com o
eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente e o correspondente gel hidratante Estes ensaios foram
reproduzidos 3 vezes uma vez que em estudos anteriores jaacute se tinha verificado uma boa
reprodutibilidade dos ensaios
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios
26
26
Na segunda fase dos estudos realizou-se uma avaliaccedilatildeo do ruido da impedacircncia vs frequecircncia
laquoIn vivoraquo com as diferentes soluccedilotildees Estes ensaios foram realizados em 8 voluntaacuterios saudaacuteveis 6 do
sexo feminino e 2 do masculino Deste modo consegue-se escolher uma soluccedilatildeo para avanccedilar ao
estaacutegio seguinte que consistia na mediccedilatildeo e comparaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos obtidos tanto
com os eleacutetrodos de controlo como com os eleacutetrodos multipino porosos com a soluccedilatildeo hidratante mais
adequada Os resultados foram obtidos com a participaccedilatildeo de 2 voluntaacuterios saudaacuteveis de ambos sexos
341 Ensaios laquoIn vitroraquo
3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito
Nos ensaios de ruiacutedo eletroquiacutemico apenas foram utilizados eleacutetrodos multipino porosos
Fig14 (b) sendo um ligado ao terminal do eleacutetrodo de trabalho e o outro ao terminal do eleacutetrodo de
referecircncia A distacircncia entre os eleacutetrodos foi controlada durante o decorrer dos ensaios optando-se
por uma distacircncia de 3 cm entre os dois eleacutetrodos Foi tambeacutem realizada uma montagem de controlo
nas mesmas condiccedilotildees contudo esta era constituiacuteda por dois eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel
Electro-Cap International Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA)
Estabelecida a montagem do sistema eletroacutenico procedeu-se agrave mediccedilatildeo do ruiacutedo eleacutetrico em
circuito aberto para isso recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software ldquoESA410 Data Acquisitionrdquo da Gamry
um software projetado especificamente para a aquisiccedilatildeo e anaacutelise de sinais de ruiacutedo eletroquiacutemico
[37] Para aquisiccedilatildeo dos dados o ESA410trade associa-se ao potenciostato Gamry que faz aquisiccedilatildeo dos
dados em modo potenciostaacutetico a recolha dos dados eacute feita em circuito aberto O teste para cada
eleacutetrodo foi realizado ao longo de 12 minutos com uma taxa de amostragem constante de 1000 Hz
ao longo de todo o teste e um filtro de 10 A frequecircncia de amostragem foi escolhida tendo em conta
o Teorema de Nyquist que afirma que a frequecircncia de amostragem de um sinal analoacutegico para que
possa posteriormente ser reconstituiacutedo com o miacutenimo de perda de informaccedilatildeo deve ser igual ou maior
a duas vezes a maior frequecircncia do espectro desse sinal 119861 le119891119904
2 Por outras palavras a frequecircncia
maacutexima do sinal de entrada deveraacute ser menor ou igual a metade da taxa de amostragem [38] Para
que isto seja conseguido o sistema incorpora um filtro passa-baixo ldquoanti-aliasrdquo (deixa passar baixas
frequecircncias mas atenua as frequecircncias maiores do que a frequecircncia de Nyquist) [39]
3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito
Na montagem eletroacutenica dos ensaios de impedacircncia o contra eleacutetrodo era representado por
um eleacutetrodo comercial de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) o eleacutetrodo de trabalho um
eleacutetrodo poroso multipino (cada ensaio com as suas diferentes soluccedilotildees) e o eleacutetrodo de referecircncia
um eleacutetrodo de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) Fig14 (a) Optou-se tambeacutem pela
27
27
implementaccedilatildeo de um controlo com eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap International
Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap International Inc USA)
A obtenccedilatildeo dos dados eacute feita atraveacutes da teacutecnica de espectroscopia de impedacircncia
eletroquiacutemica em modo potenciostaacuteticordquo presente no software EIS300TM da Gamry neste modo de
funcionamento eacute aquirido um espectro de impedacircncia ao longo do intervalo de frequecircncias de 10 kHz
ateacute 01 Hz com uma tensatildeo AC aplicada (5 mV RMS) da tensatildeo de desvio DC (0 V vs circuito aberto)
e representados 3 pontos por deacutecada
(a) (b)
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo
342 Ensaios laquoIn vivoraquo
3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele
De modo a mensurar o ruiacutedo
causado pela interface entre o eletroacutelito e
a pele procedeu-se agrave montagem de um
sistema semelhante ao utilizado nos
ensaios do ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito dentro
de uma gaiola de Faraday contudo estes
ensaios foram realizados laquoIn vivoraquo
procedendo-se agrave colocaccedilatildeo dos dois
eleacutetrodos na zona anterior da tiacutebia com
um espaccedilo entre eles de 3 cm (Figura 15)
apoacutes a superfiacutecie da pele ter sido limpa
com etanol a 70
A montagem contava com um sistema de seguranccedila inserido em seacuterie no sistema de mediccedilatildeo
e que corta a corrente se esta for superior a 100 microA
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
28
28
A mediccedilatildeo do ruido foi feita tendo em conta o tipo de eleacutetrodo tendo-se para isso optado por
fazer as mediccedilotildees com eleacutetrodos do mesmo tipo ou seja num primeiro ensaio mensurou-se o ruido
entre 2 eleacutetrodos de pratacloreto de prata com o respetivo gel hidratante e numa segunda
abordagem optou-se por mensurar o ruido entre dois dos eleacutetrodos porosos com as diferentes soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 Contudo foi controlada a pressatildeo da banda que fixava os eleacutetrodos porosos
agrave tiacutebia sendo estipulado o valor da pressatildeo no intervalo de 15N a 2N
Neste ensaio o primeiro eleacutetrodo encontra-se ligado aos terminais dos eleacutetrodos de trabalho
o segundo ao terminal da referecircncia e o cabo do ground foi ligado agrave gaiola
Os paracircmetros dos ensaios foram os mesmos que os utilizados para a mediccedilatildeo do ruido
eleacutetrodo-eletroacutelito apresentados na secccedilatildeo 3411 contudo o tempo de aquisiccedilatildeo de sinal foi
reduzido a 5 minutos de modo a minorar o tempo de exposiccedilatildeo dos voluntaacuterios aos exames
3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele
laquoIn vivoraquo estes ensaios foram feitos logo
apoacutes a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico portanto a
superfiacutecie da pele se encontrava limpa e a
colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos obedecia agrave regra dos 3 cm
de distacircncia entre eleacutetrodos e 15-2N de pressatildeo
Para a mediccedilatildeo da impedacircncia eacute utilizada uma
configuraccedilatildeo diferente como referido no capitulo
33 Satildeo portanto utilizados 2 eleacutetrodos
comerciais de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH
Alemanha) um como referecircncia e outro como
contra eleacutetrodo e o eleacutetrodo em estudo
propiamente dito seja este o comercial (controlo)
ou o novo eleacutetrodo (Figura 16)
Os resultados obtidos para as diferentes
frequecircncias aleacutem de poderem ser representados
pelo diagrama de Nyquist como referido anteriormente podem tambeacutem ser representados num
Diagrama de Bode Neste diagrama a distribuiccedilatildeo dos valores de impedacircncia por vaacuterias ordens de
grandeza eacute representada em coordenadas polares (magnitude log|119885| em funccedilatildeo de log120596 )
3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos primariamente limpou-se a superfiacutecie do
escalpe com aacutelcool a 70 de modo a minimizar a camada gordurosa da pele De seguida procedeu-se
agrave colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos Foram colocados dois eleacutetrodos de AgAgCl (comerciais) um de forma a
servir como controlo (posiccedilatildeo O2) e outro em curto-circuito com o ground e a referecircncia (posiccedilatildeo
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino
durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia
29
29
Fp2) O eleacutetrodo poroso em estudo colocou-se a cerca de 3 cm do eleacutetrodo de AgAgCl posiccedilatildeo O2
de modo a captar o mesmo sinal que o obtido pelo eleacutetrodo de controlo (Figura 17)
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos
35 Implementaccedilatildeo em Matlab
Apoacutes a importaccedilatildeo do ficheiro obtido nos ensaios de ruiacutedo para o Matlab foi criado um filtro
Butterworth de ordem 20 de 05 ateacute 40 Hz atraveacutes da funccedilatildeo jaacute implementada pelo Matlab
ldquofdesignbandpassrdquo De seguida eacute aplicado o filtro duas vezes A primeira desde o primeiro ponto ateacute
o uacuteltimo e o segundo na ordem inversa Deste modo consegue-se natildeo soacute uma filtragem dupla mas
tambeacutem o cancelamento da fase dos filtros Assim efetivamente o filtro utilizado eacute de ordem 40 de
fase nula
De seguida eacute dividido o ensaio em segmentos de 30 segundos rejeitando os primeiros 10
segundos do ensaio Para cada segmento natildeo sobreposto eacute calculado o valor RMS da tensatildeo a
densidade espectral de potecircncia atraveacutes da estimaccedilatildeo pwelch do Matlab e o declive meacutedio (primeira
derivada do sinal) Contudo no final eacute calculada tambeacutem a densidade espectral de potecircncia global
que eacute expressa em dB
30
30
31
31
Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos
Resultados obtidos e discussatildeo
41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo
411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos
eleacutetrodos
Neste estudo eacute de extrema relevacircncia a eleiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante a utilizar Para isso
recorreu-se agrave realizaccedilatildeo de vaacuterios ensaios que possibilitassem uma avaliaccedilatildeo objetiva da resposta do
sistema Efetuou-se entatildeo primeiro uma anaacutelise do ruiacutedo ao longo de 12 minutos com os eleacutetrodos
multipino nas diferentes soluccedilotildees (um medido contra o outro) e a respetiva referecircncia de seguida
realizou-se um ensaio para mensurar a resistecircncia agrave passagem de corrente com os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees e a respetiva referecircncia
Assim sendo a Figura 18 revela a impedacircncia dos eleacutetrodos nas diferentes soluccedilotildees testadas
Nesta pode-se observar que a soluccedilatildeo 1 apresenta niacuteveis de impedacircncia ligeiramente mais baixos que
as restantes soluccedilotildees Contudo os seus niacuteveis encontram-se uma deacutecada acima dos valores obtidos
pelo eleacutetrodo e AgAgCl utilizado comercialmente com o respetivo gel hidratante Observa-se ainda
que os desvios padratildeo satildeo tatildeo baixos que quase natildeo satildeo percetiacuteveis o que significa que os ensaios satildeo
bastante reprodutiacuteveis Eacute tambeacutem importante notar que ao longo de todas as frequecircncias testadas
os valores de impedacircncia aleacutem de se encontrarem todos abaixo dos valores maacuteximos permitidos (20-
40 k) [35] encontram-se ainda abaixo dos 5 k referidos como valores de impedacircncia ideal por vaacuterios
fornecedores [40][41] o que eacute de extrema relevacircncia nos passos subsequentes de aquisiccedilatildeo do sinal
uma vez que eacute indispensaacutevel ter baixos niacuteveis de impedacircncia para conseguir captar ondas cerebrais
32
32
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Foram ainda feitas mediccedilotildees de ruiacutedo nas mesmas condiccedilotildees Realizando-se de seguida uma
anaacutelise no domiacutenio temporal e outra no domiacutenio das frequecircncias Para isso como foi referido no
capitulo 35 recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software Matlab A primeira anaacutelise eacute feita no domiacutenio
temporal (Figura 19 (a)) sob a forma de um graacutefico da tensatildeo meacutedia (RMS) em funccedilatildeo do tempo que
eacute obtida apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa-alto de modo a retirar a componente DC do sinal e assim
obter um sinal de ruiacutedo para altas frequecircncias que seraacute representado em periacuteodos de 30 segundos
Deste modo eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees da quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo de
estabilizaccedilatildeo do eleacutetrodo O que se observa eacute que os niacuteveis de ruiacutedo ao longo do tempo variam entre
185 microV ateacute 2 microV o que equivale a uma variaccedilatildeo maacutexima de 015 microV tanto para os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees como para o eleacutetrodo de AgAgCl no respetivo gel hidratante Observa-se
ainda que aleacutem das pequenas variaccedilotildees ao longo do tempo o desvio padratildeo para todas as soluccedilotildees eacute
muito semelhante sugerindo que natildeo haacute diferenccedilas significativas a niacutevel das soluccedilotildees implementadas
Eacute ainda de salientar que natildeo se observa nenhuma evoluccedilatildeo de ruiacutedo ao longo do tempo o que sugere
uma estabilizaccedilatildeo do sistema muito raacutepida A segunda anaacutelise no domiacutenio temporal corresponde ao
declive meacutedio (Figura 19 (b)) foi realizada recorrendo agrave primeira derivada do sinal em DC obtido a
cada 30 segundos Deste graacutefico eacute possiacutevel retirar informaccedilatildeo referente agrave deriva do potencial e ao
tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema Assim recorrendo agrave sua visualizaccedilatildeo observa-se que a
estabilizaccedilatildeo eacute feita de forma semelhante para todas as soluccedilotildees Contudo a soluccedilatildeo 3 apresenta
menos variaccedilotildees ao longo do tempo valores mais proacuteximos de zero e maior reprodutibilidade entre
ensaios Finalmente o teste de controlo efetuado com os eleacutetrodos comerciais de AgAgCl no gel
aparentam ser ligeiramente menos estaacuteveis contudo os valores se encontram na mesma gama de
tensotildees
33
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Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Para concluir realizou-se uma anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias para isso recorreu-se ao
graacutefico da densidade espectral de tensatildeo (Figura 20) Nele observa-se que os resultados do ruiacutedo do
sinal aumentam com a diminuiccedilatildeo das frequecircncias numa proporccedilatildeo 119903119906iacute119889119900 ~ 1 119891119903119890119902119906ecirc119899119888119894119886frasl
confirmando os estudos feitos por E Huigen em 2002 [20] No entanto estes tendem a estabilizar a
partir dos 10 Hz em valores proacuteximos dos -238 dB Eacute de referir que a para frequecircncias elevadas o
sinal de ruiacutedo eacute determinado pelo ruiacutedo do amplificador e natildeo pelo ruiacutedo da interface metal-eletroacutelito
uma vez que este eacute significativamente menor do que o ruiacutedo do amplificador impedindo assim a sua
mediccedilatildeo mesmo com equipamentos de baixo ruiacutedo [20]
34
34
Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
35
35
a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
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36
Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
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Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
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Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
39
39
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
40
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
41
41
Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
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Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
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43
Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
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Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
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Anexos
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Capiacutetulo 2 Enquadramento teoacuterico
Enquadramento teoacuterico
A EEG eacute um registo associado a uma teacutecnica cliacutenica que se baseia na aquisiccedilatildeo dos sinais produzidos
no coacutertex cerebral A obtenccedilatildeo dos mesmos eacute possiacutevel uma vez que aiacute existem ceacutelulas excitaacuteveis
capazes de conduzir os impulsos nervosos os neuroacutenios Estes impulsos geram correntes eleacutetricas
atraveacutes do corpo da ceacutelula ateacute uma zona chamada zona de disparo Neste local as correntes dirigem-
se ao espaccedilo extracelular provocando uma diferenccedila de potencial que desencadearaacute um novo estiacutemulo
na proacutexima ceacutelula e que contribuiraacute para a produccedilatildeo dos referidos sinais
21 Sistema nervoso
O sistema nervoso eacute responsaacutevel pela maioria das funccedilotildees de controlo no organismo coordenando
e regulando as atividades corporais Isto eacute feito atraveacutes da interpretaccedilatildeo e resposta a estiacutemulos Este
sistema eacute convencionalmente dividido em duas categorias o sistema nervoso central (SNC) que se
verifica tratar do desenvolvimento das respostas aos estiacutemulos e o sistema nervoso perifeacuterico (SNP)
o responsaacutevel pela conduccedilatildeo do estiacutemulo nervoso No caso do SNC podem distinguir-se vaacuterios oacutergatildeos
o enceacutefalo (constituiacutedo pelo ceacuterebro cerebelo e tronco encefaacutelico) e a espinal medula Jaacute no caso do
SNP esta divisatildeo eacute feita atraveacutes da distinccedilatildeo entre nervos cranianos ou espinhais [16] Os nervos satildeo
essencialmente um conjunto de axoacutenios e dendrites de vaacuterios neuroacutenios
Os neurocircnios que datildeo origem aos nervos satildeo ceacutelulas com capacidade excitatoacuteria capazes de
transmitir sinais nervosos Contudo as ceacutelulas da glia tambeacutem presentes no sistema nervoso
sobretudo nos nervos satildeo as principais responsaacuteveis pela propagaccedilatildeo orientada do estiacutemulo uma vez
que ao recobrirem o axoacutenio criam circuitos neuronais independentes [16]
Os axoacutenios transmitem pulsos eleacutetricos devido agrave presenccedila de canais ioacutenicos que abrem e fecham
de modo a controlar as concentraccedilotildees dos diferentes iotildees nos meios interno e externo da ceacutelula
8
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211 Propagaccedilatildeo do sinal
Um impulso nervoso origina a transmissatildeo de um sinal codificado ao longo da membrana do
neuroacutenio Para compreender esta transmissatildeo dentro do proacuteprio neuroacutenio eacute necessaacuterio conhecer o
conceito de potenciais de repouso e de accedilatildeo
N as fases em que se verifica existir potenciais de repouso os iotildees de soacutedio entram para a ceacutelula
atraveacutes de transporte passivo uma vez que a concentraccedilatildeo destes eacute menor no interior da ceacutelula (a
favor do gradiente de concentraccedilatildeo) Posteriormente daacute-se a sua expulsatildeo de forma ativa ao mesmo
tempo que entram iotildees de potaacutessio ativamente Finalmente os iotildees de potaacutessio voltam passivamente
ao exterior da membrana outorgando agrave ceacutelula uma carga positiva Diz-se entatildeo que esta se encontra
polarizada Nas ceacutelulas nervosas o potencial de membrana ronda os -90mV [6]
Os potenciais de accedilatildeo satildeo os responsaacuteveis pela propagaccedilatildeo do estiacutemulo nervoso contudo a sua
duraccedilatildeo natildeo ultrapassa alguns milissegundos (ver a Figura 3) Esta propagaccedilatildeo ocorre quando o
potencial de membrana que se encontra nos -90mV passa a ocupar valores de -50 a -70mV devido a
uma perturbaccedilatildeo externa de modo a responder a esta situaccedilatildeo ocorre a passagem por difusatildeo dos
iotildees de soacutedio para o interior da ceacutelula resultando na alteraccedilatildeo dos potenciais ateacute entatildeo negativos
para valores que podem chegar a +35mV De seguida a ceacutelula expulsa ativamente o soacutedio alterando
assim o potencial para aproximadamente -95mV Daacute-se entatildeo a repolarizaccedilatildeo atraveacutes da bomba de
Na+K+ ou seja a ceacutelula volta agraves condiccedilotildees iniciais [6]
Apoacutes um sinal ser transportando atraveacutes de um neuroacutenio eacute necessaacuterio que este seja comunicado
ao neuroacutenio seguinte de modo a manter a transmissatildeo do impulso Esta transferecircncia daacute-se em locais
especiacuteficos e pode ser feita eletricamente (atraveacutes de iotildees) ou quimicamente (atraveacutes de uma fenda
sinaacuteptica onde um neurotransmissor eacute libertado e se liga a recetores especiacuteficos do neuroacutenio poacutes-
sinaacuteptico) [6][16]
Figura 3 Representaccedilatildeo do fluxo ioacutenico durante o potencial de accedilatildeo (Adaptado de [16])
9
9
22 Aquisiccedilatildeo do sinal
Eacute impossiacutevel medir a atividade eleacutetrica gerada por um uacutenico neuroacutenio contudo a aquisiccedilatildeo do
sinal electroencefalograacutefico soacute eacute possiacutevel graccedilas agrave emissatildeo parcialmente sincronizada do impulso
nervoso numa parte significativa do coacutertex cerebral Deste modo o EEG reflete o somatoacuterio da
atividade siacutencrona de milhares de neuroacutenios com uma orientaccedilatildeo espacial semelhante assessorando
assim a aquisiccedilatildeo de um sinal reprodutiacutevel e mensuraacutevel que possibilita uma interpretaccedilatildeo fidedigna
[16]
Esta teacutecnica permite o registo da atividade eleacutetrica do ceacuterebro Eacute um procedimento raacutepido
simples e indolor no qual os impulsos eleacutetricos do ceacuterebro satildeo amplificados e registrados em papel
atraveacutes de um galvanoacutemetro ou em formato digital O seu interesse prende-se natildeo soacute com os baixos
custos da teacutecnica como tambeacutem com a obtenccedilatildeo em tempo real destes sinais de modo a conseguir
diagnosticar eventuais anomalias
A EEG quando comparada com outras teacutecnicas como por exemplo o eletrocardiograma (ECG)
apresenta uma maior dificuldade na obtenccedilatildeo dos dados uma vez que a tensatildeo a captar eacute de muito
menor amplitude os sinais por vezes encontram-se na regiatildeo do ruiacutedo eleacutetrico e aleacutem disso os
amplificadores comuns natildeo fornecem uma banda de funcionamento que consiga amplificar o sinal de
forma eficaz o que exige a utilizaccedilatildeo de amplificadores especialmente desenhados [6] Contudo
estas limitaccedilotildees natildeo impediram o avanccedilo desta tecnologia Ao longo do tempo as teacutecnicas de obtenccedilatildeo
dos dados foram-se aprimorando tendo chegado na fase de maturidade agrave arquitetura ilustrada na
Figura 4 em que a saiacuteda eacute representada em papel desenhada por canetas conduzidas por mecanismos
controlados por galvanoacutemetros Hoje em dia os sistemas evoluiacuteram sobretudo na parte final atraveacutes
da digitalizaccedilatildeo dos sinais filtrados e seu armazenamento num dispositivo digital Desta forma torna-
se muito mais flexiacutevel a fase de visualizaccedilatildeo dos sinais que eacute feita em monitores graacuteficos de
computador bem como a fase de armazenamento e arquivo e criaccedilatildeo de fichas de exame A
digitalizaccedilatildeo permite o processamento digital dos sinais a fim principalmente de os caracterizar do
ponto de vista morfoloacutegico e assim contribuir para a classificaccedilatildeo do ponto de vista cliacutenico
Figura 4 Diagrama de blocos representativo de um sistema para aquisiccedilatildeo de sinais
eletroencefalograacuteficos
A EEG eacute realizada atraveacutes da colocaccedilatildeo de eleacutetrodos no couro cabeludo obedecendo o
posicionamento dos mesmos a regras especiacuteficas pois a sua localizaccedilatildeo influencia os sinais captados
10
10
De modo a facilitar a comparaccedilatildeo dos resultados eacute habitualmente utilizado um sistema se
colocaccedilatildeo padratildeo chamado 10-20 (Figura 5) Segundo este padratildeo os locais onde os eleacutetrodos satildeo
colocados satildeo denominados por letras de acordo com as aacutereas cerebrais adjacentes seguidas de um
nuacutemero impar se o eleacutetrodo se encontrar no lado esquerdo da cabeccedila ou par se for no lado direito
[6]
Apoacutes a obtenccedilatildeo do sinal contiacutenuo de EEG eacute
possiacutevel distinguir vaacuterios tipos de ondas de acordo
com a sua amplitude e frequecircncia A amplitude das
ondas pode ir ateacute aos 200 μV e a frequecircncia ateacute 30Hz
A Figura 6 representa os diferentes tipos de ondas
As ondas delta satildeo ondas da mais baixa frequecircncia
e amplitudes elevadas que ocorrem em momentos do
sono profundo por outro lado as ondas teta
encontram-se na gama de frequecircncias de 4-7 Hz
contudo
continuam a apresentar grandes amplitudes e ocorrem
em estaacutegios de meditaccedilatildeo e relaxamento profundo as
ondas alfa apresentam por sua vez amplitudes meacutedias
e frequecircncias compreendidas entre os 8 e os 13 Hz
correspondendo a estados mentais relaxados no sono
Finalmente as ondas beta satildeo as de mais elevada
frequecircncia (gt13 Hz) com amplitudes de cerca de 10 μV
e ocorrem quando existe um estimulo visual ou no estado
normal de vigiacutelia [6]
221 Eleacutetrodos
Os eleacutetrodos constituem a interface entre o escalpe e o equipamento de mediccedilatildeo No caso de um
eleacutetrodo huacutemido quando a parte metaacutelica entra em contacto com o eletroacutelito tem lugar um processo
de oxidaccedilatildeoreduccedilatildeo de iotildeesaacutetomos que daacute lugar ao aparecimento de um potencial caracteriacutestico
As propriedades fiacutesico-quiacutemicas tanto do eleacutetrodo como do eletroacutelito afetam o valor do potencial
Quando eleacutetrodos idecircnticos satildeo submersos num eletroacutelito homogeacuteneo ambos assumem o mesmo
potencial com respeito ao eletroacutelito Contudo eleacutetrodos diferentes colocados nas mesmas condiccedilotildees
apresentam potenciais diferentes [6] Deste modo eacute sensato concluir que a amplitude do potencial
depende do material de que o eleacutetrodo eacute feito Por esse motivo os eleacutetrodos utilizados na cliacutenica satildeo
comumente produzidos com prata e cloreto de prata uma vez apresentam uma resistecircncia agrave passagem
Figura 5 Sistema internacional 10-20 para
a colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos em EEG
(Adaptado de [17])
Figura 6 Representaccedilatildeo das ondas eletroencefalograacuteficas registadas durante um
exame de EEG [5]
11
11
de corrente natildeo elevada e os seus niacuteveis de impedacircncia satildeo estaacuteveis ao longo de uma ampla gama de
frequecircncias
Contudo o material natildeo eacute o uacutenico paracircmetro que varia para escolher um eleacutetrodo Dependendo
das necessidades existem tambeacutem variedades morfoloacutegicas como os eleacutetrodos invasivos e os natildeo-
invasivos
2211 Eleacutetrodos invasivos
Dentro dos eleacutetrodos invasivos (intracranianos) os mais utilizados satildeo os eleacutetrodos profundos
intracerebrais e os subdurais [13] Os primeiros consistem em eleacutetrodos em forma de agulha feitos
de material flexiacutevel com muacuteltiplos pontos de contacto para registo Satildeo ideais para o registo de
atividade em aacutereas distantes da superfiacutecie Proporcionam ainda um registo preciso da regiatildeo
volumeacutetrica adjacente a cada ponto de registo no entanto a extensatildeo da dita aacuterea eacute limitada [18]
Portanto o uso deste tipo de eleacutetrodos eacute ideal apoacutes os resultados dos exames natildeo-invasivos sugerirem
um ldquoalvordquo provaacutevel Os eleacutetrodos subdurais que podem ser do tipo placa ou tira de silicone com
muacuteltiplos contatos de registo satildeo ideais para o registo de aacutereas extensas do coacutertex [14] Contudo os
eleacutetrodos subdurais podem natildeo registar adequadamente alteraccedilotildees localizadas em profundidade
Este tipo de eleacutetrodos deve apresentar dimensotildees reduzidas de modo a que o dano provocado no
tecido cerebral seja miacutenimo Devem tambeacutem apresentar locais de aplicaccedilatildeo suficientes para recolher
potenciais de muitos neuroacutenios simultaneamente No entanto devido agrave sua natureza altamente
invasiva soacute satildeo usados em casos especiais em que o seu uso pode trazer grandes benefiacutecios para o
paciente
2212 Eleacutetrodos natildeo invasivos
O foco deste estudo centra-se nos eleacutetrodos natildeo invasivos eleacutetrodos colocados na superfiacutecie do
escalpe O contacto entre o eleacutetrodo e a pele eacute facilitado (impedacircncia reduzida) pela utilizaccedilatildeo de
gel e se for esse o caso estaacute-se perante o caso dos eleacutetrodos huacutemidos Contudo a aplicaccedilatildeo deste
gel requer uma preparaccedilatildeo preacutevia da pele que por vezes pode ser demorada suscetiacutevel de
desencadear reaccedilotildees aleacutergicas e desconfortaacutevel para o paciente [3] Surgiu entatildeo a alternativa dos
eleacutetrodos secos eleacutetrodos capazes de aquirir sinais que dispensam a utilizaccedilatildeo de soluccedilotildees todavia
como resultado da ausecircncia do gel ou pasta condutora a impedacircncia interfacial eacute muito mais elevada
tornando indispensaacutevel a integraccedilatildeo de um andar de preacute-amplificaccedilatildeo no eleacutetrodo
Procurando contornar as dificuldades de cada teacutecnica optou-se pelo desenvolvimento de um
bioeleacutetrodo inovador que dispensa a utilizaccedilatildeo de gel mas que apesar disso manteacutem um bom contacto
com a pele humidificando-a
Entre os materiais disponiacuteveis para a fabricaccedilatildeo de eleacutetrodos encontram-se o accedilo inoxidaacutevel o
ouro (Au) o oacutexido de iriacutedio (IrO2)) a prata (Ag) etc [14] tendo-se optado por utilizar um fio de
prata revestido com uma fina camada de cloreto de prata uma vez que os eleacutetrodos fabricados com
12
12
este material apresentam niacuteveis de ruiacutedo reduzidos grande estabilidade do potencial eleacutetrico na gama
de frequecircncias utilizada e uma impedacircncia interfacial baixa [14][19]
23 Interface do eleacutetrodo com a pele
A pele eacute um oacutergatildeo que cobre e protege o corpo e que se observa estar organizado em muacuteltiplas
camadas Eacute composta de trecircs camadas principais a epiderme a derme e a hipoderme cada uma
delas com carateriacutesticas estruturais especiacuteficas que levam a diferentes niacuteveis de condutividade
eleacutetrica e que podem ser representados atraveacutes de modelos baseados em componentes eleacutetricos
baacutesicos [14] Podemos entatildeo do ponto de vista eleacutetrico simular os tecidos bioloacutegicos a partir de um
circuito eleacutetrico formado por resistecircncias e condensadores dispostos em redes com seacuteries e paralelos
agindo estes como condutores ou dieleacutetricos nos quais o fluxo de corrente seguiraacute o caminho de
menor oposiccedilatildeo (Figura 7) Um exemplo ilustrativo desta situaccedilatildeo estaacute representado para o stratum
corneum a camada mais perifeacuterica da epiderme como este tecido eacute relativamente pouco condutor
apresenta uma elevada impedacircncia agrave transmissatildeo das correntes eleacutetricas [20] Assim devido agraves suas
propriedades dieleacutetricas a sua pequena espessura e o seu posicionamento entre o eleacutetrodo condutor
exterior e os tecidos subjacentes mais condutores eacute possiacutevel a sua representaccedilatildeo por meio de um
condensador de placas paralelas
Figura 7 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da interface com a pele e
o seu modelo de circuito eletroacutenico equivalente Adaptado de [14]
O valor da capacidade eleacutetrica da pele estaacute relacionado com a espessura e composiccedilatildeo da camada
coacuternea e tem um valor tiacutepico no intervalo 002-006 microFcm2 [14]
Por outro lado uma vez que alguns iotildees conseguem atravessar o stratum corneum atraveacutes dos
elementos da pele (foliacuteculos do cabelo suor canais das glacircndulas sebaacuteceas imperfeiccedilotildees da pele)
isso pode ser representado coletivamente por uma resistecircncia que seraacute colocada em paralelo com o
condensador Como as camadas subjacentes agrave epiderme satildeo relativamente condutoras representam-
se por uma resistecircncia em seacuterie adicional A presenccedila de uma elevada densidade de foliacuteculos pilosos
(que atuam como derivaccedilotildees de baixa resistecircncia) daacute origem a um valor muito baixo na resistecircncia da
13
13
pele No entanto esta observaccedilatildeo eacute contrabalanccedilada pela dificuldade em fazer contato mecacircnico e
eleacutetrico firme Em tais casos a impedacircncia da pele eacute muito elevada e por vezes eacute necessaacuterio recorrer
agrave remoccedilatildeo dos pelos antes de realizar o exame [14]
231 Hidrataccedilatildeo da pele
O processo de hidrataccedilatildeo da pele humana acontece por duas vias a interna e a externa [21] No
caso da via interna isto acontece quando os queratinoacutecitos migram atraveacutes da derme e sofrem
alteraccedilotildees significativas uma vez que paralelamente a esse processo satildeo libertados liacutepidos e o fator
de hidrataccedilatildeo natural da pele (NMF - Natural moisturizer factor) No caso dos liacutepidos estes formam
uma barreira para a perda de aacutegua e ajudam a reter a hidrataccedilatildeo natural da pele Jaacute no caso da
hidrataccedilatildeo por via externa esta acontece quando introduzimos na pele substacircncias cosmeacuteticas e
farmacecircuticas com capacidades de humedecer as camadas externas da pele para isso na produccedilatildeo
destas substacircncias satildeo utilizadas principalmente trecircs tipos de ingredientes (1) os humectantes que
Incluem a glicerina a ureia e o aacutecido carboxiacutelico da pirrolidona (PCA) que atuam atraindo a aacutegua das
camadas inferiores da derme e ajudando a manter essa aacutegua no estrato coacuterneo (2) os agentes oclusivos
que aumentam os niacuteveis de humidade proporcionando uma barreira fiacutesica para a perda de aacutegua (ceras
oacuteleos e silicones) (3) os emolientes que procuram restaurar os NMF [21]
2311 O gel para utilizaccedilatildeo com os eleacutetrodos
O gel utilizado nos eleacutetrodos serve para (1) assegurar um bom contacto eleacutetrico com a pele do
paciente (2) facilitar a transferecircncia de carga na interface eleacutetrodo-eletroacutelito e assim (3) diminuir
a impedacircncia do estrato coacuterneo [14]
Existem dois tipos de gel o gel huacutemido normalmente denominados como pasta creme ou
substacircncia gelatinosa e o hidrogel Os primeiros satildeo geralmente compostos por aacutegua um agente
espessante bactericidasfungicidas sais ioacutenicos e um surfatante O sal ioacutenico tem como finalidade
conferir condutividade eleacutetrica ao gel e diminuir a impedacircncia eleacutetrica da pele atraveacutes da sua difusatildeo
na mesma Normalmente os sais utilizados satildeo o cloreto de soacutedio (NaCl) ou de potaacutessio (KCl) uma vez
que a maior parte dos iotildees presentes na superfiacutecie da pele humana satildeo o cloreto o soacutedio e o potaacutessio
permitindo assim que elevadas concentraccedilotildees destes sais sejam melhor toleradas pelo corpo
[14][18][22] Por outro lado o hidrogel eacute um gel soacutelido que incorpora hidrocoloacuteides naturais no
entanto a utilizaccedilatildeo destes agentes naturais por vezes provoca desempenhos variaacuteveis e cores pouco
atrativas levando assim agrave utilizaccedilatildeo de hidrocoloacuteides artificiais de modo a eliminar variabilidades
indesejadas
O hidrogel tecircm tendecircncia a causar menos irritaccedilotildees na pele quando comparado com o gel huacutemido
porque o hidrogel limita-se a garantir um bom contato eleacutetrico entre a pele e o eleacutetrodo sem afetar
as propriedades do stratum corneum [14]
14
14
O hidrogel eacute eletricamente mais resistivo do que o gel no entanto esta desvantagem eacute
compensada tanto pela utilizaccedilatildeo de maiores aacutereas com hidrogel como tambeacutem pela diminuiccedilatildeo da
espessura da camada do mesmo Contudo isto natildeo eacute suficiente uma vez que o hidrogel natildeo eacute tatildeo
eficaz na hidrataccedilatildeo da pele (tem tendecircncia a absorver humidade) dando assim como resultado um
aumento na impedacircncia da pele [14]
24 Teacutecnicas de revestimento da prata com cloreto de prata
Finas camadas de um determinado metal depositado sobre um substrato desemprenham
muitas vezes uma funccedilatildeo essencial em muitos dispositivos como por exemplo nos circuitos integrados
No caso dos eleacutetrodos eacute necessaacuterio revestir os fios de prata com finas camadas de cloreto de prata
com o intuito de auxiliar a concretizaccedilatildeo das trocas ioacutenicas referidas no capiacutetulo 1 equaccedilatildeo (1) de
modo a ter-se uma transduccedilatildeo do sinal ioacutenico num sinal eleacutetrico de forma eficaz e reversiacutevel Estas
camadas devem apresentar caracteriacutesticas rigorosamente controladas A espessura a estrutura
atoacutemica e a composiccedilatildeo quiacutemica devem ser uniformes [14][18] Eacute tambeacutem importante que exista
pouca ou nenhuma contaminaccedilatildeo por outras partiacuteculas
As propriedades dos filmes satildeo altamente dependentes dos processos de deposiccedilatildeo Estes
devem ter boa aderecircncia e prover uma boa cobertura Deste modo para a preparaccedilatildeo da prata para
eleacutetrodos a teacutecnica a utilizar deve ser a deposiccedilatildeo eletroquiacutemica atraveacutes de um processo que envolve
a deposiccedilatildeo de um material soacutelido por meio de uma reaccedilatildeo quiacutemica com ou sem recurso a energia
externa Neste caso os substratos de prata satildeo submersos numa soluccedilatildeo contendo um agente oxidante
(por exemplo cloreto feacuterrico) produzindo assim uma fina camada de cloreto de prata ( ( 4)
Ag + + FCl3 FeCl2 + Ag ( 4 )
Em geral a deposiccedilatildeo por electroless plating de um metal envolve a deposiccedilatildeo de um
revestimento metaacutelico a partir dos seus iotildees presentes num banho aquoso sobre uma superfiacutecie atraveacutes
de uma reaccedilatildeo de reduccedilatildeo quiacutemica controlada que eacute ativada pelo metal que estaacute a ser depositado
(reduzido) [23] Os revestimentos obtidos atraveacutes da implementaccedilatildeo desta teacutecnica satildeo geralmente
uniformes duros com elevadas resistecircncias agrave corrosatildeo e ao desgaste e apresentam baixo coeficiente
de fricccedilatildeo [24][25]
Existe contudo uma enorme variedade de meacutetodos eletroquiacutemicos que permitem a
oxidaccedilatildeodeposiccedilatildeo de finas camadas de cloreto de prata tais como a deposiccedilatildeo assistida por plasma
ou por feixes de iotildees o sputtering a deposiccedilatildeo quiacutemica e a deposiccedilatildeo fiacutesica em fase de vapor etc
[25] Todavia a execuccedilatildeo destes processos envolve a utilizaccedilatildeo de equipamentos altamente
especializados em ambiente de vaacutecuo vaacuterias soluccedilotildees e um campo eleacutetrico de modo a possibilitar a
transformaccedilatildeo de energia quiacutemica em energia eleacutetrica e vice-versa Finalmente um meacutetodo tambeacutem
bastante usado eacute a sinterizaccedilatildeo de poacute de cloreto de prata sobre o substrato metaacutelico dando origem
a um revestimento espesso e poroso
15
15
25 Novo conceito de eleacutetrodo
O desenvolvimento do novo tipo de bioeleacutetrodo busca
colmatar as lacunas presentes nos eleacutetrodos disponiacuteveis
comercialmente (dos tipos huacutemido e seco) Tentando manter as
melhores carateriacutesticas de cada tipo de eleacutetrodo Para isso eacute
necessaacuterio desenvolver o eleacutetrodo com materiais condutores que
possibilitem as trocas ioacutenicas e aleacutem disso tenha a capacidade
de manter huacutemido o ponto de contacto com a pele de forma a
diminuir a impedacircncia na interface mas sem usar pastas ou gel
que sujam a pele
A hidrataccedilatildeo da pele por via externa nos ensaios a
realizar eacute feita atraveacutes da aplicaccedilatildeo de diferentes soluccedilotildees
hidratantes que se encontram embebidas numa esponja num
reservatoacuterio existente no eleacutetrodo (Figura 8) Estas soluccedilotildees tecircm a capacidade de migrar atraveacutes do
eleacutetrodo atraveacutes do efeito de capilaridade e gravidade uma vez que a base do eleacutetrodo eacute feita de
policarbonato com porosidade aberta adequada ao fenoacutemeno da capilaridade
O desenvolvimento deste bioeleacutetrodo inovador possibilita tambeacutem uma colocaccedilatildeo raacutepida
coacutemoda e segura Uma vez que estes passam a ser colocados com uma touca
Finalmente eacute tambeacutem importante referir que a forma do eleacutetrodo em multipino permitiraacute
numerosos pontos de contacto de modo a minimizar a impedacircncia do mesmo contribuindo para a
obtenccedilatildeo de melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
26 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
O ruiacutedo eacute um sinal interferente de natureza aleatoacuteria que provoca a degradaccedilatildeo de sinal
durante o seu processamento Em eletroacutenica diz respeito a quaisquer correntes ou tensotildees indesejadas
que mascaram o sinal que realmente interessa
Nos dispositivos e circuitos eletroacutenicos existem inuacutemeras fontes de ruiacutedo dai a importacircncia
na sua caraterizaccedilatildeo
Um tipo importante de ruiacutedo eacute o ruiacutedo de Johnson-Nyquist presente nos portadores de carga
e em todos os elementos com resistecircncia eleacutetrica Este tipo de ruiacutedo eacute caraterizado por uma densidade
espectral de potecircncia (do inglecircs power spectral density - PSD) uniforme e forma de onda gaussiana
[26]
O ruiacutedo de Johnson-Nyquist eacute comumente chamado ruiacutedo teacutermico e a sua tensatildeo eficaz pode
ser calculado atraveacutes da ( 5 para uma resistecircncia eleacutetrica R
Vt= radic4∙k∙T∙B∙R=radic16times1020
∙B∙R ( 5 )
Figura 8 Eleacutetrodo de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios A representa o fio de prata B a soluccedilatildeo condutora C a esponja do reservatoacuterio e D material de policarbonato de natureza porosa onde se estabelece o contacto com a pele
16
16
onde k representa a constante de Boltzmann em JK T a temperatura da resistecircncia em K B
a banda equivalente de ruiacutedo e R o valor da resistecircncia em Ohm
Para o caacutelculo da banda equivalente de ruiacutedo considera-se que o sistema tem uma funccedilatildeo de
transferecircncia do tipo 1198810
119881119894frasl = 119860(119895119891) e estaacute sujeito a uma entrada de ruiacutedo de PSD 119878119881119894
Deste modo
obtemos que o valor meacutedio da tensatildeo de ruiacutedo na saiacuteda para um amplificador seraacute
1198811198990
2 = int 119878119881119894 |A(jf)|2 partfinfin
0
( 6 )
Sendo |119860(119895119891)| usualmente uma funccedilatildeo do tipo
Figura 9 Funccedilatildeo de um filtro passa-baixos |119912(119947119943)|
Uma vez que as regiotildees sombreadas satildeo iguais pode-se simplificar o caacutelculo atraveacutes da aacuterea
de um retacircngulo com a mesma aacuterea que o quadrado da funccedilatildeo de transferecircncia Temos entatildeo que a
banda equivalente eacute dada por
B=1
|A0|2int |A(jf)|2 partf
infin
0
( 7 )
Outro tipo de ruiacutedo presente nos equipamentos eletroacutenicos que eacute interessante estudar eacute o
ruiacutedo ldquoshotrdquo ou ruiacutedo de corrente (Ish) que como o nome indica estaacute associado agrave corrente DC que
flui atraveacutes de uma barreira de potencial e pode ser representado por
Ish= radic2∙q∙IDc∙B ( 8 )
Onde q representa a carga eletroacutenica em coulomb e IDC a corrente contiacutenua meacutedia em ampere
Finalmente outro tipo de ruiacutedo a estudar seraacute o ruiacutedo 1f ldquoflickerrdquo ou ruiacutedo de contacto (If)
que ocorre devido agraves diferenccedilas nos niacuteveis de energia eleacutetricos quando existe um contato imperfeito
entre dois materiais Este tipo de ruiacutedo pode ser calculado atraveacutes de
119868119891 = 119870 ∙ 119868119863119888 ∙ radic119861
radic119891 ( 9 )
Onde K eacute um valor constante que depende do material e da geometria
A baixas frequecircncias este ruiacutedo eacute chamado de ruiacutedo ldquo1frdquo devido agrave tendecircncia caracteriacutestica
de decrescimento com a frequecircncia Eacute importante notar que a magnitude do ruido ldquoflickerrdquo pode ser
17
17
muito grande para pequenas frequecircncias o que leva a que seja a forma de ruiacutedo predominante em
circuitos de baixa frequecircncia
Considerando o ruiacutedo total como adiccedilatildeo das contribuiccedilotildees dos vaacuterios tipos de ruiacutedo na
configuraccedilatildeo eleacutetrica adotada para um amplificador pode-se considerar que o ruiacutedo na entrada segue
a representaccedilatildeo da Figura 10 da qual eacute possiacutevel retirar que
1198681198992 =
1198811198991199052 minus 119881119899
2 minus 1198811199052
1198771199042 ( 10 )
Na praacutetica In pode ser calculado atraveacutes da PSD do ruiacutedo total obtido com uma resistecircncia
elevada de modo a que 1198811198990≫ 119860radic119881119899
2 ∙ 1198811199052 e que Vn eacute a PSD do sistema com a entrada em curto circuito
Figura 10 Circuito representativo dos componentes do ruiacutedo do amplificador na entrada segundo o modelo Vn-In
No corpo humano a captaccedilatildeo dos biopotenciais no escalpe estaacute sujeita agrave presenccedila de ruiacutedo
eleacutetrico intriacutenseco indesejado na interface eleacutetrodogelpele que faz com que o processo de deteccedilatildeo
e anaacutelise dos sinais bioloacutegicos reais seja mais complicado Eacute necessaacuterio por isso caracterizar e
conhecer a magnitude e origem destas flutuaccedilotildees de modo a caraterizar a qualidade dos eleacutetrodos
desenvolvidos
O ruiacutedo eleacutetrodo-pele pode estar ligado agrave interface entre o eleacutetrodo e o eletroacutelito ou entatildeo
agrave interface eletroacutelito-pele No primeiro caso esta situaccedilatildeo pode ser mensurada atraveacutes da colocaccedilatildeo
de eleacutetrodos do mesmo tipo um contra o outro Por outro lado o ruiacutedo produzido pela interface
eletroacutelito-pele deve ser mensurado de uma forma indireta atraveacutes do contacto direto entre o eleacutetrodo
e a pele Nesta situaccedilatildeo o ruiacutedo eacute tipicamente mais elevado do que o que se obteacutem na interface
eleacutetrodo-eletroacutelito [3] Uma vez que os resultados obtidos nestes ensaios dependem diretamente do
estado da pele eacute importante garantir um tratamento preacutevio adequado
18
18
261 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio do tempo RMS e Deriva do potencial
A raiz do valor quadraacutetico meacutedio RMS (do inglecircs root mean square) ou valor eficaz eacute uma
medida estatiacutestica da magnitude de uma quantidade variaacutevel que pode ser calculada atraveacutes da
expressatildeo
120600119877119872119878 = radic1
119873 sum120600119894
2
119873
119894=1
= radic1206001
2 + 12060022 + ⋯+ 120600119873
2
119873 ( 11 )
Nos sinais a estudar satildeo calculados os valores RMS da parte alternada do sinal em intervalos
de tempo sucessivos Destes valores eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees acerca da evoluccedilatildeo temporal do
sinal assim como a quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo
Por outro lado a deriva do potencial eacute calculada recorrendo agrave primeira derivada do sinal nos
diferentes pontos pela componente contiacutenua do sinal sendo portanto de natureza lenta Eacute possiacutevel
por isso analisar a deriva do potencial e o tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema atraveacutes do recurso desde
caacutelculo
262 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio das frequecircncias Densidade espectral
A densidade espectral de potecircncia PSD eacute definida pela transformada de Fourier da funccedilatildeo
de autocorrelaccedilatildeo (Rxx (120591)) de um processo estacionaacuterio ou seja
Teorema de Wiener-Khintchine 119878119909(119891) = F[Rxx(120591)]= int Rxx(120591)119890minus 1198952120587119891120591119889120591infin
minusinfin
( 12 )
Por outras palavras a PSD descreve a distribuiccedilatildeo da variacircncia de um processo aleatoacuterio no
domiacutenio da frequecircncia [27][28]
No Matlab esta estimaccedilatildeo eacute feita atraveacutes da funccedilatildeo pwelch jaacute implementada esta segue o
meacutetodo Welch para o caacutelculo da PSD Este meacutetodo eacute baseado no conceito de utilizaccedilatildeo de
periodogramas de estimaccedilatildeo espectral que satildeo o resultado da conversatildeo de um sinal no domiacutenio
temporal para o domiacutenio da frequecircncia [29] Para isso o meacutetodo Welch segue o fundamento do
meacutetodo Bartlett contudo permite a sobreposiccedilatildeo de segmentos [30]
O meacutetodo Bartlett consiste primeiramente na divisatildeo do segmento original de N amostras em
K segmentos de comprimento M Para cada segmento eacute obtido o periodograma calculado atraveacutes da
transformada discreta de Fourier de seguida eacute calculado o quadrado do resultado e dividido por M
Finalmente eacute feita a meacutedia do resultado dos periodogramas para todos os segmentos de K amostras
resultando num uacutenico vetor de potenciais em funccedilatildeo da frequecircncia Ou seja a reparticcedilatildeo da potecircncia
ao longo do espetro [28]
19
19
27 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo da impedacircncia
Um sistema eletroquiacutemico eacute aquele onde haacute a presenccedila de pelo menos uma fase condutora
eletroacutenica (eleacutetrodo) em contato direto com uma fase condutora ioacutenica (eletroacutelito) as quais originam
a interface eleacutetrodo-eletroacutelito onde se forma duma dupla camada eleacutetrica
A mediccedilatildeo da impedacircncia eletroquiacutemica em modo potenciostaacutetico eacute feita atraveacutes da
aplicaccedilatildeo de um sinal de potencial eleacutetrico sinusoidal 119881(119905) com cerca de 5 a 20 mV numa ceacutelula
eletroquiacutemica Satildeo medidas a resposta na forma de corrente eleacutetrica 119868(119905) e diferenccedila de fase entre
o sinal de potencial e o sinal da corrente [31] Ao medir a corrente alternada que atravessa a ceacutelula
eletroquiacutemica obtemos a impedacircncia Z da forma convencional 119885 = 119881119868 [32] Refira-se que a obtenccedilatildeo
da impedacircncia pode igualmente ser feita impondo uma perturbaccedilatildeo de corrente e medindo o
potencial A impedacircncia do eleacutetrodo reflete entatildeo a capacidade do eleacutetrodo para transferir carga a
determinada frequecircncia [32][33]
Deste modo tem-se se os valores da tensatildeo alternada V(t) e da intensidade I(t) forem
representados por
V(t)=V0∙ cos ωt
( 13 )
I(t)=I0∙ cos (ωt+φ) ( 14 )
No qual V0 representa a amplitude de pico do sinal 120596 a frequecircncia angular (120596 = 2120587119891) I0 a
amplitude do sinal de corrente e 120593 a diferenccedila de fase entre os dois sinais
Pela equaccedilatildeo de Euler
eiφ= cos φ +j sin φ ( 15 )
temos entatildeo que se φ=120596119905
V(t)= V0∙Re(ejωt) ( 16 )
representando essa tensatildeo alternada como uma parte real de uma grandeza complexa
temos que V(t) eacute equivalente a
V(t)=V0∙Re(119888119900119904120596119905 + 119895 ∙ 119904119894119899 120596119905) ( 17 )
Por outro lado atendendo agrave Equaccedilatildeo de Euler acima descrita a corrente eleacutetrica gerada
por um elemento de circuito em resposta a uma tensatildeo alternada pode ser escrita como
I(t)=I0∙Re(119890(120596119905+120593))
( 18 )
Deste modo a impedacircncia fica
Z(ω)=Z0∙ejφ
( 19 )
e aplicando a equaccedilatildeo de Euler
Z(ω)=Z ( cos φ + j sin φ ) ( 20 )
20
20
Obtemos uma equaccedilatildeo composta de uma parte real e uma parte imaginaacuteria possibilitando
assim a sua representaccedilatildeo num plano cartesiano onde a parte real corresponderaacute ao eixo das abcissas
e a parte imaginaria ao eixo das ordenadas (Diagrama de Nyquist)
Pode-se tambeacutem representar a impedacircncia como um vetor no plano complexo
Z (ω)=Re[Z(ω)]i +Im[Z(ω)]j ( 21 )
E se Z0 for o moacutedulo da impedacircncia a parte real de 119885(120596) escreve-se
Z=Z0∙ cos φ
( 22 )
sendo a parte imaginaacuteria representada por
Z=Z0∙ sin φ
( 23 )
que segundo a representaccedilatildeo de Fresnel corresponde a
Z(ω)=Z+ j Z
( 24 )
ou seja
1198850=|Z(ω)|=radicZ2+ Z
2 ( 25 )
e
tan φ = Z
Zfrasl ( 26 )
Os diagramas de Nyquist satildeo uacuteteis para reconhecer o tipo de processo envolvido Os diagramas
de Bode por outro lado mostram a dependecircncia direta do acircngulo de fase com a frequecircncia Este
uacuteltimo eacute particularmente interessante em escalas de frequecircncia muito diferentes uma vez que eacute
frequentemente representado atraveacutes da escala logariacutetmica portanto os resultados nos capiacutetulos
subsequentes seratildeo apresentados neste formato
21
21
A teacutecnica de Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica (do inglecircs Electrochemical
Impedance Spectroscopy - EIS) fornece uma visatildeo completa e detalhada das caracteriacutesticas eleacutetricas
da interface eleacutetrodo-eletroacutelito quando efetuada
numa gama suficientemente largada de frequecircncias
Na Figura 11 estaacute representado um esquema da
montagem experimental para mediccedilatildeo da
impedacircncia As reaccedilotildees eletroquiacutemicas satildeo em
essecircncia reaccedilotildees quiacutemicas em que ocorrem
transferecircncia de eletrotildees para um eleacutetrodo e como
regra ocorrem de acordo com princiacutepios quiacutemicos
gerais Haacute contudo certas caracteriacutesticas das
reaccedilotildees eletroquiacutemicas que satildeo uacutenicas Algumas
delas envolvem a transferecircncia de eletrotildees atraveacutes
de uma interface (reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo) o
que acarreta uma dependecircncia com as dimensotildees e
aacuterea do eleacutetrodo assim como tambeacutem das
propriedades da interface com o eleacutetrodo
Eacute habitual que os eleacutetrodos de AgAgCl apresentem potenciais relativamente baixos e
estaacuteveis Portanto a deposiccedilatildeo da camada de AgCl estabilizaraacute o potencial do eleacutetrodo e reduziraacute os
niacuteveis de impedacircncia Eacute de salientar que impedacircncias aceitaacuteveis para os eleacutetrodos de superfiacutecie devem
encontrar-se abaixo dos 5 k uma vez que quanto maior a impedacircncia maior seraacute a resistecircncia do
eleacutetrodo agrave passagem de corrente No entanto valores de 10 k ou mesmo 40 K ainda satildeo
considerados aceitaacuteveis dependendo dos autores [34][35]
Figura 11 Esquema representativo do ensaio potenciostaacutetico para mediccedilatildeo da impedacircncia
22
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Capiacutetulo 3 Materiais e meacutetodos
Materiais e meacutetodos
31 Preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes
Na preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes dissolveu-se cloreto de soacutedio (NaCl) em aacutegua
adicionando de seguida um tensioativo (tweencopy-80) e um humectante (propilenoglicol) As
concentraccedilotildees destes componentes variaram nas 3 soluccedilotildees conforme referido na Tabela 2 Conveacutem
referir que cada componente foi dissolvido em constante e contiacutenua agitaccedilatildeo numa placa de
agitaccedilatildeo tendo-se misturado primeiro o propilenogicol com o tweencopy e soacute depois com os restantes
compostos
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas
COMPONENTE INFORMACcedilAtildeO DO COMPONENTE SOLUCcedilAtildeO
1 2 3
NaCl (mV) VWR-BDH Prolabo Lote 27810295
09 09 09
Tweencopy-80 (VV) Acofarma
Lote 130287 3 3 5
Propilenoglicol(VV) Acofarma
Lote 131337 10 30 30
Aacutegua (VV) - qbp 100 qbp 100 qbp 100
A biocompatibilidade das mateacuterias-primas empregues para a obtenccedilatildeo das soluccedilotildees torna este
novo conceito de eleacutetrodo uma alternativa promissora para utilizaccedilatildeo cliacutenica Esta biocompatibilidade
estaacute inversamente relacionada com a concentraccedilatildeo de cloretos de soacutedio ou seja quanto menor a
concentraccedilatildeo tanto maior a biocompatibilidade das soluccedilotildees Por esse motivo as soluccedilotildees
desenvolvidas contavam com pequenas concentraccedilotildees de sais de modo a ser o mais semelhante
possiacutevel aos componentes ioacutenicos da proacutepria pele humana
24
24
32 Produccedilatildeo dos novos eleacutetrodos
321 Produccedilatildeo da estrutura porosa de policarbonato
A produccedilatildeo da estrutura porosa (wicks) foi realizada atraveacutes da sinterizaccedilatildeo de poacutes de
policarbonato (PC)
No que diz respeito ao processo de fabrico propriamente
dito o primeiro passo consistiu na moagem da mateacuteria-prima
(policarbonato) de seguida estas partiacuteculas foram sinterizadas
atraveacutes de um equipamento designado por cilindro de sinterizaccedilatildeo
Este cilindro foi aquecido a uma temperatura de asymp170degC e atingida
esta gama de temperaturas colocaram-se as partiacuteculas no molde
ldquoWickrdquo com as dimensotildees apresentadas na Figura 12 que se
encontrava dentro do cilindro central Procedeu-se
imediatamente ao encaixe do pistatildeo no cilindro central Para
finalizar mergulhou-se em aacutegua fria o cilindro central contendo o
molde deixando de seguida secar agrave temperatura ambiente [36]
322 Preparaccedilatildeo dos eleacutetrodos de pratacloreto de prata
Para a deposiccedilatildeo da camada de cloreto de prata nos fios de prata recorreu-se a uma teacutecnica
de deposiccedilatildeo quiacutemica Para isso os fios de prata (Ag) (diacircmetro = 250 miacutecron 9999 Goodfellow
Cambridge) foram oxidados com uma soluccedilatildeo de cloreto de ferro (III) (MERCK Lote 7705-08-0) apoacutes
um preacute-tratamento que permitiu a remoccedilatildeo de impurezas e sujidades presentes na superfiacutecie dos fios
Este preacute-tratamento consistiu na limpeza da superfiacutecie dos fios com 2-propanol e posterior imersatildeo
dos mesmos numa tina de ultrassons com 2-propanol durante 10 minutos De seguida mergulharam-
se os fios de prata em aacutegua destilada de forma a remover todo o 2-propanol presente Finalmente
o processo de oxidaccedilatildeo consistiu em submergir os fios de prata numa soluccedilatildeo aquosa de FeCl3 50 mM
durante 2 minutos ao finalizar este periacuteodo foram armazenados durante 24h num recipiente revestido
com folha de alumiacutenio que possuiacutea uma soluccedilatildeo de HCl 01M para estabilizaccedilatildeo Os fios que natildeo foram
utilizados imediatamente foram armazenados num recipiente revestido com folha de alumiacutenio com
uma soluccedilatildeo de HCl 0005M O comprimento de cada fio de prata eacute aproximadamente de 8 cm
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato
25
25
323 Montagem dos eleacutetrodos
Apoacutes o fabrico da estrutura porosa e da preparaccedilatildeo dos
fios de prata procedeu-se agrave montagem dos eleacutetrodos para isso
cortaram-se pequenas porccedilotildees de uma esponja em poliuretano
com configuraccedilatildeo ciliacutendrica e um diacircmetro semelhante ao da
parte superior da estrutura porosa De seguida atravessou-se esta
esponja com o fio de prata e inseriu-se o conjunto ldquoesponja +
arame de pratardquo dentro de um orifiacutecio superior que a estrutura
porosa possui Finalmente incorporou-se esta estrutura dentro de
um tubo de PVC de modo a atingir a configuraccedilatildeo apresentada na
Figura 13
33 Preparaccedilatildeo dos ensaios
Antes do iniacutecio dos ensaios os eleacutetrodos foram previamente lavados com 2-propanol e
colocados na estufa de modo a evaporar os resiacuteduos do aacutelcool Posteriormente foi aplicada a soluccedilatildeo
hidratante que se pretendia estudar de modo a que a esponja ficasse completamente embebida Desta
forma por uma parte os novos eleacutetrodos em estudo foram testados recorrendo agraves soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 e por outra os eleacutetrodos que serviram como controlo (eleacutetrodo de AgAgCl
(BIO EASYCAP GmbH Alemanha)) utilizaram o gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) Foram tambeacutem utilizados eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) como referecircncia
Para os estudos eletroquiacutemicos incorporaram-se os eleacutetrodos numa montagem constituiacuteda por
um potenciostatogalvanostato Gamry G-300 (Gamry Instruments USA) De modo a diminuir o ruiacutedo
eletroacutenico os ensaios foram todos realizados dentro de uma Gaiola de Faraday Eacute importante referir
que uma vez o nosso sistema de aquisiccedilatildeo de dados era ldquoearth groundedrdquo seguiu-se a sugestatildeo da
bula do Gamry e optou-se unicamente por ligar o ldquofloating groundrdquo agrave gaiola
34 Condiccedilotildees dos ensaios
A primeira parte do trabalho foi desenvolvida laquoIn vitroraquo com eleacutetrodos multipino foi feito
entatildeo um estudo do ruido eletroquiacutemico entre eleacutetrodos do mesmo tipo nas diferentes soluccedilotildees
referidas na Tabela 2 De seguida realizou-se um estudo das impedacircncias dos novos eleacutetrodos nas
diferentes soluccedilotildees seguidos por um estudo de controlo realizado nas mesmas condiccedilotildees com o
eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente e o correspondente gel hidratante Estes ensaios foram
reproduzidos 3 vezes uma vez que em estudos anteriores jaacute se tinha verificado uma boa
reprodutibilidade dos ensaios
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios
26
26
Na segunda fase dos estudos realizou-se uma avaliaccedilatildeo do ruido da impedacircncia vs frequecircncia
laquoIn vivoraquo com as diferentes soluccedilotildees Estes ensaios foram realizados em 8 voluntaacuterios saudaacuteveis 6 do
sexo feminino e 2 do masculino Deste modo consegue-se escolher uma soluccedilatildeo para avanccedilar ao
estaacutegio seguinte que consistia na mediccedilatildeo e comparaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos obtidos tanto
com os eleacutetrodos de controlo como com os eleacutetrodos multipino porosos com a soluccedilatildeo hidratante mais
adequada Os resultados foram obtidos com a participaccedilatildeo de 2 voluntaacuterios saudaacuteveis de ambos sexos
341 Ensaios laquoIn vitroraquo
3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito
Nos ensaios de ruiacutedo eletroquiacutemico apenas foram utilizados eleacutetrodos multipino porosos
Fig14 (b) sendo um ligado ao terminal do eleacutetrodo de trabalho e o outro ao terminal do eleacutetrodo de
referecircncia A distacircncia entre os eleacutetrodos foi controlada durante o decorrer dos ensaios optando-se
por uma distacircncia de 3 cm entre os dois eleacutetrodos Foi tambeacutem realizada uma montagem de controlo
nas mesmas condiccedilotildees contudo esta era constituiacuteda por dois eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel
Electro-Cap International Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA)
Estabelecida a montagem do sistema eletroacutenico procedeu-se agrave mediccedilatildeo do ruiacutedo eleacutetrico em
circuito aberto para isso recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software ldquoESA410 Data Acquisitionrdquo da Gamry
um software projetado especificamente para a aquisiccedilatildeo e anaacutelise de sinais de ruiacutedo eletroquiacutemico
[37] Para aquisiccedilatildeo dos dados o ESA410trade associa-se ao potenciostato Gamry que faz aquisiccedilatildeo dos
dados em modo potenciostaacutetico a recolha dos dados eacute feita em circuito aberto O teste para cada
eleacutetrodo foi realizado ao longo de 12 minutos com uma taxa de amostragem constante de 1000 Hz
ao longo de todo o teste e um filtro de 10 A frequecircncia de amostragem foi escolhida tendo em conta
o Teorema de Nyquist que afirma que a frequecircncia de amostragem de um sinal analoacutegico para que
possa posteriormente ser reconstituiacutedo com o miacutenimo de perda de informaccedilatildeo deve ser igual ou maior
a duas vezes a maior frequecircncia do espectro desse sinal 119861 le119891119904
2 Por outras palavras a frequecircncia
maacutexima do sinal de entrada deveraacute ser menor ou igual a metade da taxa de amostragem [38] Para
que isto seja conseguido o sistema incorpora um filtro passa-baixo ldquoanti-aliasrdquo (deixa passar baixas
frequecircncias mas atenua as frequecircncias maiores do que a frequecircncia de Nyquist) [39]
3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito
Na montagem eletroacutenica dos ensaios de impedacircncia o contra eleacutetrodo era representado por
um eleacutetrodo comercial de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) o eleacutetrodo de trabalho um
eleacutetrodo poroso multipino (cada ensaio com as suas diferentes soluccedilotildees) e o eleacutetrodo de referecircncia
um eleacutetrodo de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) Fig14 (a) Optou-se tambeacutem pela
27
27
implementaccedilatildeo de um controlo com eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap International
Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap International Inc USA)
A obtenccedilatildeo dos dados eacute feita atraveacutes da teacutecnica de espectroscopia de impedacircncia
eletroquiacutemica em modo potenciostaacuteticordquo presente no software EIS300TM da Gamry neste modo de
funcionamento eacute aquirido um espectro de impedacircncia ao longo do intervalo de frequecircncias de 10 kHz
ateacute 01 Hz com uma tensatildeo AC aplicada (5 mV RMS) da tensatildeo de desvio DC (0 V vs circuito aberto)
e representados 3 pontos por deacutecada
(a) (b)
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo
342 Ensaios laquoIn vivoraquo
3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele
De modo a mensurar o ruiacutedo
causado pela interface entre o eletroacutelito e
a pele procedeu-se agrave montagem de um
sistema semelhante ao utilizado nos
ensaios do ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito dentro
de uma gaiola de Faraday contudo estes
ensaios foram realizados laquoIn vivoraquo
procedendo-se agrave colocaccedilatildeo dos dois
eleacutetrodos na zona anterior da tiacutebia com
um espaccedilo entre eles de 3 cm (Figura 15)
apoacutes a superfiacutecie da pele ter sido limpa
com etanol a 70
A montagem contava com um sistema de seguranccedila inserido em seacuterie no sistema de mediccedilatildeo
e que corta a corrente se esta for superior a 100 microA
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
28
28
A mediccedilatildeo do ruido foi feita tendo em conta o tipo de eleacutetrodo tendo-se para isso optado por
fazer as mediccedilotildees com eleacutetrodos do mesmo tipo ou seja num primeiro ensaio mensurou-se o ruido
entre 2 eleacutetrodos de pratacloreto de prata com o respetivo gel hidratante e numa segunda
abordagem optou-se por mensurar o ruido entre dois dos eleacutetrodos porosos com as diferentes soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 Contudo foi controlada a pressatildeo da banda que fixava os eleacutetrodos porosos
agrave tiacutebia sendo estipulado o valor da pressatildeo no intervalo de 15N a 2N
Neste ensaio o primeiro eleacutetrodo encontra-se ligado aos terminais dos eleacutetrodos de trabalho
o segundo ao terminal da referecircncia e o cabo do ground foi ligado agrave gaiola
Os paracircmetros dos ensaios foram os mesmos que os utilizados para a mediccedilatildeo do ruido
eleacutetrodo-eletroacutelito apresentados na secccedilatildeo 3411 contudo o tempo de aquisiccedilatildeo de sinal foi
reduzido a 5 minutos de modo a minorar o tempo de exposiccedilatildeo dos voluntaacuterios aos exames
3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele
laquoIn vivoraquo estes ensaios foram feitos logo
apoacutes a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico portanto a
superfiacutecie da pele se encontrava limpa e a
colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos obedecia agrave regra dos 3 cm
de distacircncia entre eleacutetrodos e 15-2N de pressatildeo
Para a mediccedilatildeo da impedacircncia eacute utilizada uma
configuraccedilatildeo diferente como referido no capitulo
33 Satildeo portanto utilizados 2 eleacutetrodos
comerciais de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH
Alemanha) um como referecircncia e outro como
contra eleacutetrodo e o eleacutetrodo em estudo
propiamente dito seja este o comercial (controlo)
ou o novo eleacutetrodo (Figura 16)
Os resultados obtidos para as diferentes
frequecircncias aleacutem de poderem ser representados
pelo diagrama de Nyquist como referido anteriormente podem tambeacutem ser representados num
Diagrama de Bode Neste diagrama a distribuiccedilatildeo dos valores de impedacircncia por vaacuterias ordens de
grandeza eacute representada em coordenadas polares (magnitude log|119885| em funccedilatildeo de log120596 )
3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos primariamente limpou-se a superfiacutecie do
escalpe com aacutelcool a 70 de modo a minimizar a camada gordurosa da pele De seguida procedeu-se
agrave colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos Foram colocados dois eleacutetrodos de AgAgCl (comerciais) um de forma a
servir como controlo (posiccedilatildeo O2) e outro em curto-circuito com o ground e a referecircncia (posiccedilatildeo
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino
durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia
29
29
Fp2) O eleacutetrodo poroso em estudo colocou-se a cerca de 3 cm do eleacutetrodo de AgAgCl posiccedilatildeo O2
de modo a captar o mesmo sinal que o obtido pelo eleacutetrodo de controlo (Figura 17)
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos
35 Implementaccedilatildeo em Matlab
Apoacutes a importaccedilatildeo do ficheiro obtido nos ensaios de ruiacutedo para o Matlab foi criado um filtro
Butterworth de ordem 20 de 05 ateacute 40 Hz atraveacutes da funccedilatildeo jaacute implementada pelo Matlab
ldquofdesignbandpassrdquo De seguida eacute aplicado o filtro duas vezes A primeira desde o primeiro ponto ateacute
o uacuteltimo e o segundo na ordem inversa Deste modo consegue-se natildeo soacute uma filtragem dupla mas
tambeacutem o cancelamento da fase dos filtros Assim efetivamente o filtro utilizado eacute de ordem 40 de
fase nula
De seguida eacute dividido o ensaio em segmentos de 30 segundos rejeitando os primeiros 10
segundos do ensaio Para cada segmento natildeo sobreposto eacute calculado o valor RMS da tensatildeo a
densidade espectral de potecircncia atraveacutes da estimaccedilatildeo pwelch do Matlab e o declive meacutedio (primeira
derivada do sinal) Contudo no final eacute calculada tambeacutem a densidade espectral de potecircncia global
que eacute expressa em dB
30
30
31
31
Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos
Resultados obtidos e discussatildeo
41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo
411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos
eleacutetrodos
Neste estudo eacute de extrema relevacircncia a eleiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante a utilizar Para isso
recorreu-se agrave realizaccedilatildeo de vaacuterios ensaios que possibilitassem uma avaliaccedilatildeo objetiva da resposta do
sistema Efetuou-se entatildeo primeiro uma anaacutelise do ruiacutedo ao longo de 12 minutos com os eleacutetrodos
multipino nas diferentes soluccedilotildees (um medido contra o outro) e a respetiva referecircncia de seguida
realizou-se um ensaio para mensurar a resistecircncia agrave passagem de corrente com os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees e a respetiva referecircncia
Assim sendo a Figura 18 revela a impedacircncia dos eleacutetrodos nas diferentes soluccedilotildees testadas
Nesta pode-se observar que a soluccedilatildeo 1 apresenta niacuteveis de impedacircncia ligeiramente mais baixos que
as restantes soluccedilotildees Contudo os seus niacuteveis encontram-se uma deacutecada acima dos valores obtidos
pelo eleacutetrodo e AgAgCl utilizado comercialmente com o respetivo gel hidratante Observa-se ainda
que os desvios padratildeo satildeo tatildeo baixos que quase natildeo satildeo percetiacuteveis o que significa que os ensaios satildeo
bastante reprodutiacuteveis Eacute tambeacutem importante notar que ao longo de todas as frequecircncias testadas
os valores de impedacircncia aleacutem de se encontrarem todos abaixo dos valores maacuteximos permitidos (20-
40 k) [35] encontram-se ainda abaixo dos 5 k referidos como valores de impedacircncia ideal por vaacuterios
fornecedores [40][41] o que eacute de extrema relevacircncia nos passos subsequentes de aquisiccedilatildeo do sinal
uma vez que eacute indispensaacutevel ter baixos niacuteveis de impedacircncia para conseguir captar ondas cerebrais
32
32
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Foram ainda feitas mediccedilotildees de ruiacutedo nas mesmas condiccedilotildees Realizando-se de seguida uma
anaacutelise no domiacutenio temporal e outra no domiacutenio das frequecircncias Para isso como foi referido no
capitulo 35 recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software Matlab A primeira anaacutelise eacute feita no domiacutenio
temporal (Figura 19 (a)) sob a forma de um graacutefico da tensatildeo meacutedia (RMS) em funccedilatildeo do tempo que
eacute obtida apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa-alto de modo a retirar a componente DC do sinal e assim
obter um sinal de ruiacutedo para altas frequecircncias que seraacute representado em periacuteodos de 30 segundos
Deste modo eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees da quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo de
estabilizaccedilatildeo do eleacutetrodo O que se observa eacute que os niacuteveis de ruiacutedo ao longo do tempo variam entre
185 microV ateacute 2 microV o que equivale a uma variaccedilatildeo maacutexima de 015 microV tanto para os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees como para o eleacutetrodo de AgAgCl no respetivo gel hidratante Observa-se
ainda que aleacutem das pequenas variaccedilotildees ao longo do tempo o desvio padratildeo para todas as soluccedilotildees eacute
muito semelhante sugerindo que natildeo haacute diferenccedilas significativas a niacutevel das soluccedilotildees implementadas
Eacute ainda de salientar que natildeo se observa nenhuma evoluccedilatildeo de ruiacutedo ao longo do tempo o que sugere
uma estabilizaccedilatildeo do sistema muito raacutepida A segunda anaacutelise no domiacutenio temporal corresponde ao
declive meacutedio (Figura 19 (b)) foi realizada recorrendo agrave primeira derivada do sinal em DC obtido a
cada 30 segundos Deste graacutefico eacute possiacutevel retirar informaccedilatildeo referente agrave deriva do potencial e ao
tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema Assim recorrendo agrave sua visualizaccedilatildeo observa-se que a
estabilizaccedilatildeo eacute feita de forma semelhante para todas as soluccedilotildees Contudo a soluccedilatildeo 3 apresenta
menos variaccedilotildees ao longo do tempo valores mais proacuteximos de zero e maior reprodutibilidade entre
ensaios Finalmente o teste de controlo efetuado com os eleacutetrodos comerciais de AgAgCl no gel
aparentam ser ligeiramente menos estaacuteveis contudo os valores se encontram na mesma gama de
tensotildees
33
33
Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Para concluir realizou-se uma anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias para isso recorreu-se ao
graacutefico da densidade espectral de tensatildeo (Figura 20) Nele observa-se que os resultados do ruiacutedo do
sinal aumentam com a diminuiccedilatildeo das frequecircncias numa proporccedilatildeo 119903119906iacute119889119900 ~ 1 119891119903119890119902119906ecirc119899119888119894119886frasl
confirmando os estudos feitos por E Huigen em 2002 [20] No entanto estes tendem a estabilizar a
partir dos 10 Hz em valores proacuteximos dos -238 dB Eacute de referir que a para frequecircncias elevadas o
sinal de ruiacutedo eacute determinado pelo ruiacutedo do amplificador e natildeo pelo ruiacutedo da interface metal-eletroacutelito
uma vez que este eacute significativamente menor do que o ruiacutedo do amplificador impedindo assim a sua
mediccedilatildeo mesmo com equipamentos de baixo ruiacutedo [20]
34
34
Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
35
35
a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
36
36
Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
37
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Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
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Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
39
39
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
40
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
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41
Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
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Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
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Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
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Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
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Anexos
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Capiacutetulo 2 Enquadramento teoacuterico
Enquadramento teoacuterico
A EEG eacute um registo associado a uma teacutecnica cliacutenica que se baseia na aquisiccedilatildeo dos sinais produzidos
no coacutertex cerebral A obtenccedilatildeo dos mesmos eacute possiacutevel uma vez que aiacute existem ceacutelulas excitaacuteveis
capazes de conduzir os impulsos nervosos os neuroacutenios Estes impulsos geram correntes eleacutetricas
atraveacutes do corpo da ceacutelula ateacute uma zona chamada zona de disparo Neste local as correntes dirigem-
se ao espaccedilo extracelular provocando uma diferenccedila de potencial que desencadearaacute um novo estiacutemulo
na proacutexima ceacutelula e que contribuiraacute para a produccedilatildeo dos referidos sinais
21 Sistema nervoso
O sistema nervoso eacute responsaacutevel pela maioria das funccedilotildees de controlo no organismo coordenando
e regulando as atividades corporais Isto eacute feito atraveacutes da interpretaccedilatildeo e resposta a estiacutemulos Este
sistema eacute convencionalmente dividido em duas categorias o sistema nervoso central (SNC) que se
verifica tratar do desenvolvimento das respostas aos estiacutemulos e o sistema nervoso perifeacuterico (SNP)
o responsaacutevel pela conduccedilatildeo do estiacutemulo nervoso No caso do SNC podem distinguir-se vaacuterios oacutergatildeos
o enceacutefalo (constituiacutedo pelo ceacuterebro cerebelo e tronco encefaacutelico) e a espinal medula Jaacute no caso do
SNP esta divisatildeo eacute feita atraveacutes da distinccedilatildeo entre nervos cranianos ou espinhais [16] Os nervos satildeo
essencialmente um conjunto de axoacutenios e dendrites de vaacuterios neuroacutenios
Os neurocircnios que datildeo origem aos nervos satildeo ceacutelulas com capacidade excitatoacuteria capazes de
transmitir sinais nervosos Contudo as ceacutelulas da glia tambeacutem presentes no sistema nervoso
sobretudo nos nervos satildeo as principais responsaacuteveis pela propagaccedilatildeo orientada do estiacutemulo uma vez
que ao recobrirem o axoacutenio criam circuitos neuronais independentes [16]
Os axoacutenios transmitem pulsos eleacutetricos devido agrave presenccedila de canais ioacutenicos que abrem e fecham
de modo a controlar as concentraccedilotildees dos diferentes iotildees nos meios interno e externo da ceacutelula
8
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211 Propagaccedilatildeo do sinal
Um impulso nervoso origina a transmissatildeo de um sinal codificado ao longo da membrana do
neuroacutenio Para compreender esta transmissatildeo dentro do proacuteprio neuroacutenio eacute necessaacuterio conhecer o
conceito de potenciais de repouso e de accedilatildeo
N as fases em que se verifica existir potenciais de repouso os iotildees de soacutedio entram para a ceacutelula
atraveacutes de transporte passivo uma vez que a concentraccedilatildeo destes eacute menor no interior da ceacutelula (a
favor do gradiente de concentraccedilatildeo) Posteriormente daacute-se a sua expulsatildeo de forma ativa ao mesmo
tempo que entram iotildees de potaacutessio ativamente Finalmente os iotildees de potaacutessio voltam passivamente
ao exterior da membrana outorgando agrave ceacutelula uma carga positiva Diz-se entatildeo que esta se encontra
polarizada Nas ceacutelulas nervosas o potencial de membrana ronda os -90mV [6]
Os potenciais de accedilatildeo satildeo os responsaacuteveis pela propagaccedilatildeo do estiacutemulo nervoso contudo a sua
duraccedilatildeo natildeo ultrapassa alguns milissegundos (ver a Figura 3) Esta propagaccedilatildeo ocorre quando o
potencial de membrana que se encontra nos -90mV passa a ocupar valores de -50 a -70mV devido a
uma perturbaccedilatildeo externa de modo a responder a esta situaccedilatildeo ocorre a passagem por difusatildeo dos
iotildees de soacutedio para o interior da ceacutelula resultando na alteraccedilatildeo dos potenciais ateacute entatildeo negativos
para valores que podem chegar a +35mV De seguida a ceacutelula expulsa ativamente o soacutedio alterando
assim o potencial para aproximadamente -95mV Daacute-se entatildeo a repolarizaccedilatildeo atraveacutes da bomba de
Na+K+ ou seja a ceacutelula volta agraves condiccedilotildees iniciais [6]
Apoacutes um sinal ser transportando atraveacutes de um neuroacutenio eacute necessaacuterio que este seja comunicado
ao neuroacutenio seguinte de modo a manter a transmissatildeo do impulso Esta transferecircncia daacute-se em locais
especiacuteficos e pode ser feita eletricamente (atraveacutes de iotildees) ou quimicamente (atraveacutes de uma fenda
sinaacuteptica onde um neurotransmissor eacute libertado e se liga a recetores especiacuteficos do neuroacutenio poacutes-
sinaacuteptico) [6][16]
Figura 3 Representaccedilatildeo do fluxo ioacutenico durante o potencial de accedilatildeo (Adaptado de [16])
9
9
22 Aquisiccedilatildeo do sinal
Eacute impossiacutevel medir a atividade eleacutetrica gerada por um uacutenico neuroacutenio contudo a aquisiccedilatildeo do
sinal electroencefalograacutefico soacute eacute possiacutevel graccedilas agrave emissatildeo parcialmente sincronizada do impulso
nervoso numa parte significativa do coacutertex cerebral Deste modo o EEG reflete o somatoacuterio da
atividade siacutencrona de milhares de neuroacutenios com uma orientaccedilatildeo espacial semelhante assessorando
assim a aquisiccedilatildeo de um sinal reprodutiacutevel e mensuraacutevel que possibilita uma interpretaccedilatildeo fidedigna
[16]
Esta teacutecnica permite o registo da atividade eleacutetrica do ceacuterebro Eacute um procedimento raacutepido
simples e indolor no qual os impulsos eleacutetricos do ceacuterebro satildeo amplificados e registrados em papel
atraveacutes de um galvanoacutemetro ou em formato digital O seu interesse prende-se natildeo soacute com os baixos
custos da teacutecnica como tambeacutem com a obtenccedilatildeo em tempo real destes sinais de modo a conseguir
diagnosticar eventuais anomalias
A EEG quando comparada com outras teacutecnicas como por exemplo o eletrocardiograma (ECG)
apresenta uma maior dificuldade na obtenccedilatildeo dos dados uma vez que a tensatildeo a captar eacute de muito
menor amplitude os sinais por vezes encontram-se na regiatildeo do ruiacutedo eleacutetrico e aleacutem disso os
amplificadores comuns natildeo fornecem uma banda de funcionamento que consiga amplificar o sinal de
forma eficaz o que exige a utilizaccedilatildeo de amplificadores especialmente desenhados [6] Contudo
estas limitaccedilotildees natildeo impediram o avanccedilo desta tecnologia Ao longo do tempo as teacutecnicas de obtenccedilatildeo
dos dados foram-se aprimorando tendo chegado na fase de maturidade agrave arquitetura ilustrada na
Figura 4 em que a saiacuteda eacute representada em papel desenhada por canetas conduzidas por mecanismos
controlados por galvanoacutemetros Hoje em dia os sistemas evoluiacuteram sobretudo na parte final atraveacutes
da digitalizaccedilatildeo dos sinais filtrados e seu armazenamento num dispositivo digital Desta forma torna-
se muito mais flexiacutevel a fase de visualizaccedilatildeo dos sinais que eacute feita em monitores graacuteficos de
computador bem como a fase de armazenamento e arquivo e criaccedilatildeo de fichas de exame A
digitalizaccedilatildeo permite o processamento digital dos sinais a fim principalmente de os caracterizar do
ponto de vista morfoloacutegico e assim contribuir para a classificaccedilatildeo do ponto de vista cliacutenico
Figura 4 Diagrama de blocos representativo de um sistema para aquisiccedilatildeo de sinais
eletroencefalograacuteficos
A EEG eacute realizada atraveacutes da colocaccedilatildeo de eleacutetrodos no couro cabeludo obedecendo o
posicionamento dos mesmos a regras especiacuteficas pois a sua localizaccedilatildeo influencia os sinais captados
10
10
De modo a facilitar a comparaccedilatildeo dos resultados eacute habitualmente utilizado um sistema se
colocaccedilatildeo padratildeo chamado 10-20 (Figura 5) Segundo este padratildeo os locais onde os eleacutetrodos satildeo
colocados satildeo denominados por letras de acordo com as aacutereas cerebrais adjacentes seguidas de um
nuacutemero impar se o eleacutetrodo se encontrar no lado esquerdo da cabeccedila ou par se for no lado direito
[6]
Apoacutes a obtenccedilatildeo do sinal contiacutenuo de EEG eacute
possiacutevel distinguir vaacuterios tipos de ondas de acordo
com a sua amplitude e frequecircncia A amplitude das
ondas pode ir ateacute aos 200 μV e a frequecircncia ateacute 30Hz
A Figura 6 representa os diferentes tipos de ondas
As ondas delta satildeo ondas da mais baixa frequecircncia
e amplitudes elevadas que ocorrem em momentos do
sono profundo por outro lado as ondas teta
encontram-se na gama de frequecircncias de 4-7 Hz
contudo
continuam a apresentar grandes amplitudes e ocorrem
em estaacutegios de meditaccedilatildeo e relaxamento profundo as
ondas alfa apresentam por sua vez amplitudes meacutedias
e frequecircncias compreendidas entre os 8 e os 13 Hz
correspondendo a estados mentais relaxados no sono
Finalmente as ondas beta satildeo as de mais elevada
frequecircncia (gt13 Hz) com amplitudes de cerca de 10 μV
e ocorrem quando existe um estimulo visual ou no estado
normal de vigiacutelia [6]
221 Eleacutetrodos
Os eleacutetrodos constituem a interface entre o escalpe e o equipamento de mediccedilatildeo No caso de um
eleacutetrodo huacutemido quando a parte metaacutelica entra em contacto com o eletroacutelito tem lugar um processo
de oxidaccedilatildeoreduccedilatildeo de iotildeesaacutetomos que daacute lugar ao aparecimento de um potencial caracteriacutestico
As propriedades fiacutesico-quiacutemicas tanto do eleacutetrodo como do eletroacutelito afetam o valor do potencial
Quando eleacutetrodos idecircnticos satildeo submersos num eletroacutelito homogeacuteneo ambos assumem o mesmo
potencial com respeito ao eletroacutelito Contudo eleacutetrodos diferentes colocados nas mesmas condiccedilotildees
apresentam potenciais diferentes [6] Deste modo eacute sensato concluir que a amplitude do potencial
depende do material de que o eleacutetrodo eacute feito Por esse motivo os eleacutetrodos utilizados na cliacutenica satildeo
comumente produzidos com prata e cloreto de prata uma vez apresentam uma resistecircncia agrave passagem
Figura 5 Sistema internacional 10-20 para
a colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos em EEG
(Adaptado de [17])
Figura 6 Representaccedilatildeo das ondas eletroencefalograacuteficas registadas durante um
exame de EEG [5]
11
11
de corrente natildeo elevada e os seus niacuteveis de impedacircncia satildeo estaacuteveis ao longo de uma ampla gama de
frequecircncias
Contudo o material natildeo eacute o uacutenico paracircmetro que varia para escolher um eleacutetrodo Dependendo
das necessidades existem tambeacutem variedades morfoloacutegicas como os eleacutetrodos invasivos e os natildeo-
invasivos
2211 Eleacutetrodos invasivos
Dentro dos eleacutetrodos invasivos (intracranianos) os mais utilizados satildeo os eleacutetrodos profundos
intracerebrais e os subdurais [13] Os primeiros consistem em eleacutetrodos em forma de agulha feitos
de material flexiacutevel com muacuteltiplos pontos de contacto para registo Satildeo ideais para o registo de
atividade em aacutereas distantes da superfiacutecie Proporcionam ainda um registo preciso da regiatildeo
volumeacutetrica adjacente a cada ponto de registo no entanto a extensatildeo da dita aacuterea eacute limitada [18]
Portanto o uso deste tipo de eleacutetrodos eacute ideal apoacutes os resultados dos exames natildeo-invasivos sugerirem
um ldquoalvordquo provaacutevel Os eleacutetrodos subdurais que podem ser do tipo placa ou tira de silicone com
muacuteltiplos contatos de registo satildeo ideais para o registo de aacutereas extensas do coacutertex [14] Contudo os
eleacutetrodos subdurais podem natildeo registar adequadamente alteraccedilotildees localizadas em profundidade
Este tipo de eleacutetrodos deve apresentar dimensotildees reduzidas de modo a que o dano provocado no
tecido cerebral seja miacutenimo Devem tambeacutem apresentar locais de aplicaccedilatildeo suficientes para recolher
potenciais de muitos neuroacutenios simultaneamente No entanto devido agrave sua natureza altamente
invasiva soacute satildeo usados em casos especiais em que o seu uso pode trazer grandes benefiacutecios para o
paciente
2212 Eleacutetrodos natildeo invasivos
O foco deste estudo centra-se nos eleacutetrodos natildeo invasivos eleacutetrodos colocados na superfiacutecie do
escalpe O contacto entre o eleacutetrodo e a pele eacute facilitado (impedacircncia reduzida) pela utilizaccedilatildeo de
gel e se for esse o caso estaacute-se perante o caso dos eleacutetrodos huacutemidos Contudo a aplicaccedilatildeo deste
gel requer uma preparaccedilatildeo preacutevia da pele que por vezes pode ser demorada suscetiacutevel de
desencadear reaccedilotildees aleacutergicas e desconfortaacutevel para o paciente [3] Surgiu entatildeo a alternativa dos
eleacutetrodos secos eleacutetrodos capazes de aquirir sinais que dispensam a utilizaccedilatildeo de soluccedilotildees todavia
como resultado da ausecircncia do gel ou pasta condutora a impedacircncia interfacial eacute muito mais elevada
tornando indispensaacutevel a integraccedilatildeo de um andar de preacute-amplificaccedilatildeo no eleacutetrodo
Procurando contornar as dificuldades de cada teacutecnica optou-se pelo desenvolvimento de um
bioeleacutetrodo inovador que dispensa a utilizaccedilatildeo de gel mas que apesar disso manteacutem um bom contacto
com a pele humidificando-a
Entre os materiais disponiacuteveis para a fabricaccedilatildeo de eleacutetrodos encontram-se o accedilo inoxidaacutevel o
ouro (Au) o oacutexido de iriacutedio (IrO2)) a prata (Ag) etc [14] tendo-se optado por utilizar um fio de
prata revestido com uma fina camada de cloreto de prata uma vez que os eleacutetrodos fabricados com
12
12
este material apresentam niacuteveis de ruiacutedo reduzidos grande estabilidade do potencial eleacutetrico na gama
de frequecircncias utilizada e uma impedacircncia interfacial baixa [14][19]
23 Interface do eleacutetrodo com a pele
A pele eacute um oacutergatildeo que cobre e protege o corpo e que se observa estar organizado em muacuteltiplas
camadas Eacute composta de trecircs camadas principais a epiderme a derme e a hipoderme cada uma
delas com carateriacutesticas estruturais especiacuteficas que levam a diferentes niacuteveis de condutividade
eleacutetrica e que podem ser representados atraveacutes de modelos baseados em componentes eleacutetricos
baacutesicos [14] Podemos entatildeo do ponto de vista eleacutetrico simular os tecidos bioloacutegicos a partir de um
circuito eleacutetrico formado por resistecircncias e condensadores dispostos em redes com seacuteries e paralelos
agindo estes como condutores ou dieleacutetricos nos quais o fluxo de corrente seguiraacute o caminho de
menor oposiccedilatildeo (Figura 7) Um exemplo ilustrativo desta situaccedilatildeo estaacute representado para o stratum
corneum a camada mais perifeacuterica da epiderme como este tecido eacute relativamente pouco condutor
apresenta uma elevada impedacircncia agrave transmissatildeo das correntes eleacutetricas [20] Assim devido agraves suas
propriedades dieleacutetricas a sua pequena espessura e o seu posicionamento entre o eleacutetrodo condutor
exterior e os tecidos subjacentes mais condutores eacute possiacutevel a sua representaccedilatildeo por meio de um
condensador de placas paralelas
Figura 7 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da interface com a pele e
o seu modelo de circuito eletroacutenico equivalente Adaptado de [14]
O valor da capacidade eleacutetrica da pele estaacute relacionado com a espessura e composiccedilatildeo da camada
coacuternea e tem um valor tiacutepico no intervalo 002-006 microFcm2 [14]
Por outro lado uma vez que alguns iotildees conseguem atravessar o stratum corneum atraveacutes dos
elementos da pele (foliacuteculos do cabelo suor canais das glacircndulas sebaacuteceas imperfeiccedilotildees da pele)
isso pode ser representado coletivamente por uma resistecircncia que seraacute colocada em paralelo com o
condensador Como as camadas subjacentes agrave epiderme satildeo relativamente condutoras representam-
se por uma resistecircncia em seacuterie adicional A presenccedila de uma elevada densidade de foliacuteculos pilosos
(que atuam como derivaccedilotildees de baixa resistecircncia) daacute origem a um valor muito baixo na resistecircncia da
13
13
pele No entanto esta observaccedilatildeo eacute contrabalanccedilada pela dificuldade em fazer contato mecacircnico e
eleacutetrico firme Em tais casos a impedacircncia da pele eacute muito elevada e por vezes eacute necessaacuterio recorrer
agrave remoccedilatildeo dos pelos antes de realizar o exame [14]
231 Hidrataccedilatildeo da pele
O processo de hidrataccedilatildeo da pele humana acontece por duas vias a interna e a externa [21] No
caso da via interna isto acontece quando os queratinoacutecitos migram atraveacutes da derme e sofrem
alteraccedilotildees significativas uma vez que paralelamente a esse processo satildeo libertados liacutepidos e o fator
de hidrataccedilatildeo natural da pele (NMF - Natural moisturizer factor) No caso dos liacutepidos estes formam
uma barreira para a perda de aacutegua e ajudam a reter a hidrataccedilatildeo natural da pele Jaacute no caso da
hidrataccedilatildeo por via externa esta acontece quando introduzimos na pele substacircncias cosmeacuteticas e
farmacecircuticas com capacidades de humedecer as camadas externas da pele para isso na produccedilatildeo
destas substacircncias satildeo utilizadas principalmente trecircs tipos de ingredientes (1) os humectantes que
Incluem a glicerina a ureia e o aacutecido carboxiacutelico da pirrolidona (PCA) que atuam atraindo a aacutegua das
camadas inferiores da derme e ajudando a manter essa aacutegua no estrato coacuterneo (2) os agentes oclusivos
que aumentam os niacuteveis de humidade proporcionando uma barreira fiacutesica para a perda de aacutegua (ceras
oacuteleos e silicones) (3) os emolientes que procuram restaurar os NMF [21]
2311 O gel para utilizaccedilatildeo com os eleacutetrodos
O gel utilizado nos eleacutetrodos serve para (1) assegurar um bom contacto eleacutetrico com a pele do
paciente (2) facilitar a transferecircncia de carga na interface eleacutetrodo-eletroacutelito e assim (3) diminuir
a impedacircncia do estrato coacuterneo [14]
Existem dois tipos de gel o gel huacutemido normalmente denominados como pasta creme ou
substacircncia gelatinosa e o hidrogel Os primeiros satildeo geralmente compostos por aacutegua um agente
espessante bactericidasfungicidas sais ioacutenicos e um surfatante O sal ioacutenico tem como finalidade
conferir condutividade eleacutetrica ao gel e diminuir a impedacircncia eleacutetrica da pele atraveacutes da sua difusatildeo
na mesma Normalmente os sais utilizados satildeo o cloreto de soacutedio (NaCl) ou de potaacutessio (KCl) uma vez
que a maior parte dos iotildees presentes na superfiacutecie da pele humana satildeo o cloreto o soacutedio e o potaacutessio
permitindo assim que elevadas concentraccedilotildees destes sais sejam melhor toleradas pelo corpo
[14][18][22] Por outro lado o hidrogel eacute um gel soacutelido que incorpora hidrocoloacuteides naturais no
entanto a utilizaccedilatildeo destes agentes naturais por vezes provoca desempenhos variaacuteveis e cores pouco
atrativas levando assim agrave utilizaccedilatildeo de hidrocoloacuteides artificiais de modo a eliminar variabilidades
indesejadas
O hidrogel tecircm tendecircncia a causar menos irritaccedilotildees na pele quando comparado com o gel huacutemido
porque o hidrogel limita-se a garantir um bom contato eleacutetrico entre a pele e o eleacutetrodo sem afetar
as propriedades do stratum corneum [14]
14
14
O hidrogel eacute eletricamente mais resistivo do que o gel no entanto esta desvantagem eacute
compensada tanto pela utilizaccedilatildeo de maiores aacutereas com hidrogel como tambeacutem pela diminuiccedilatildeo da
espessura da camada do mesmo Contudo isto natildeo eacute suficiente uma vez que o hidrogel natildeo eacute tatildeo
eficaz na hidrataccedilatildeo da pele (tem tendecircncia a absorver humidade) dando assim como resultado um
aumento na impedacircncia da pele [14]
24 Teacutecnicas de revestimento da prata com cloreto de prata
Finas camadas de um determinado metal depositado sobre um substrato desemprenham
muitas vezes uma funccedilatildeo essencial em muitos dispositivos como por exemplo nos circuitos integrados
No caso dos eleacutetrodos eacute necessaacuterio revestir os fios de prata com finas camadas de cloreto de prata
com o intuito de auxiliar a concretizaccedilatildeo das trocas ioacutenicas referidas no capiacutetulo 1 equaccedilatildeo (1) de
modo a ter-se uma transduccedilatildeo do sinal ioacutenico num sinal eleacutetrico de forma eficaz e reversiacutevel Estas
camadas devem apresentar caracteriacutesticas rigorosamente controladas A espessura a estrutura
atoacutemica e a composiccedilatildeo quiacutemica devem ser uniformes [14][18] Eacute tambeacutem importante que exista
pouca ou nenhuma contaminaccedilatildeo por outras partiacuteculas
As propriedades dos filmes satildeo altamente dependentes dos processos de deposiccedilatildeo Estes
devem ter boa aderecircncia e prover uma boa cobertura Deste modo para a preparaccedilatildeo da prata para
eleacutetrodos a teacutecnica a utilizar deve ser a deposiccedilatildeo eletroquiacutemica atraveacutes de um processo que envolve
a deposiccedilatildeo de um material soacutelido por meio de uma reaccedilatildeo quiacutemica com ou sem recurso a energia
externa Neste caso os substratos de prata satildeo submersos numa soluccedilatildeo contendo um agente oxidante
(por exemplo cloreto feacuterrico) produzindo assim uma fina camada de cloreto de prata ( ( 4)
Ag + + FCl3 FeCl2 + Ag ( 4 )
Em geral a deposiccedilatildeo por electroless plating de um metal envolve a deposiccedilatildeo de um
revestimento metaacutelico a partir dos seus iotildees presentes num banho aquoso sobre uma superfiacutecie atraveacutes
de uma reaccedilatildeo de reduccedilatildeo quiacutemica controlada que eacute ativada pelo metal que estaacute a ser depositado
(reduzido) [23] Os revestimentos obtidos atraveacutes da implementaccedilatildeo desta teacutecnica satildeo geralmente
uniformes duros com elevadas resistecircncias agrave corrosatildeo e ao desgaste e apresentam baixo coeficiente
de fricccedilatildeo [24][25]
Existe contudo uma enorme variedade de meacutetodos eletroquiacutemicos que permitem a
oxidaccedilatildeodeposiccedilatildeo de finas camadas de cloreto de prata tais como a deposiccedilatildeo assistida por plasma
ou por feixes de iotildees o sputtering a deposiccedilatildeo quiacutemica e a deposiccedilatildeo fiacutesica em fase de vapor etc
[25] Todavia a execuccedilatildeo destes processos envolve a utilizaccedilatildeo de equipamentos altamente
especializados em ambiente de vaacutecuo vaacuterias soluccedilotildees e um campo eleacutetrico de modo a possibilitar a
transformaccedilatildeo de energia quiacutemica em energia eleacutetrica e vice-versa Finalmente um meacutetodo tambeacutem
bastante usado eacute a sinterizaccedilatildeo de poacute de cloreto de prata sobre o substrato metaacutelico dando origem
a um revestimento espesso e poroso
15
15
25 Novo conceito de eleacutetrodo
O desenvolvimento do novo tipo de bioeleacutetrodo busca
colmatar as lacunas presentes nos eleacutetrodos disponiacuteveis
comercialmente (dos tipos huacutemido e seco) Tentando manter as
melhores carateriacutesticas de cada tipo de eleacutetrodo Para isso eacute
necessaacuterio desenvolver o eleacutetrodo com materiais condutores que
possibilitem as trocas ioacutenicas e aleacutem disso tenha a capacidade
de manter huacutemido o ponto de contacto com a pele de forma a
diminuir a impedacircncia na interface mas sem usar pastas ou gel
que sujam a pele
A hidrataccedilatildeo da pele por via externa nos ensaios a
realizar eacute feita atraveacutes da aplicaccedilatildeo de diferentes soluccedilotildees
hidratantes que se encontram embebidas numa esponja num
reservatoacuterio existente no eleacutetrodo (Figura 8) Estas soluccedilotildees tecircm a capacidade de migrar atraveacutes do
eleacutetrodo atraveacutes do efeito de capilaridade e gravidade uma vez que a base do eleacutetrodo eacute feita de
policarbonato com porosidade aberta adequada ao fenoacutemeno da capilaridade
O desenvolvimento deste bioeleacutetrodo inovador possibilita tambeacutem uma colocaccedilatildeo raacutepida
coacutemoda e segura Uma vez que estes passam a ser colocados com uma touca
Finalmente eacute tambeacutem importante referir que a forma do eleacutetrodo em multipino permitiraacute
numerosos pontos de contacto de modo a minimizar a impedacircncia do mesmo contribuindo para a
obtenccedilatildeo de melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
26 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
O ruiacutedo eacute um sinal interferente de natureza aleatoacuteria que provoca a degradaccedilatildeo de sinal
durante o seu processamento Em eletroacutenica diz respeito a quaisquer correntes ou tensotildees indesejadas
que mascaram o sinal que realmente interessa
Nos dispositivos e circuitos eletroacutenicos existem inuacutemeras fontes de ruiacutedo dai a importacircncia
na sua caraterizaccedilatildeo
Um tipo importante de ruiacutedo eacute o ruiacutedo de Johnson-Nyquist presente nos portadores de carga
e em todos os elementos com resistecircncia eleacutetrica Este tipo de ruiacutedo eacute caraterizado por uma densidade
espectral de potecircncia (do inglecircs power spectral density - PSD) uniforme e forma de onda gaussiana
[26]
O ruiacutedo de Johnson-Nyquist eacute comumente chamado ruiacutedo teacutermico e a sua tensatildeo eficaz pode
ser calculado atraveacutes da ( 5 para uma resistecircncia eleacutetrica R
Vt= radic4∙k∙T∙B∙R=radic16times1020
∙B∙R ( 5 )
Figura 8 Eleacutetrodo de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios A representa o fio de prata B a soluccedilatildeo condutora C a esponja do reservatoacuterio e D material de policarbonato de natureza porosa onde se estabelece o contacto com a pele
16
16
onde k representa a constante de Boltzmann em JK T a temperatura da resistecircncia em K B
a banda equivalente de ruiacutedo e R o valor da resistecircncia em Ohm
Para o caacutelculo da banda equivalente de ruiacutedo considera-se que o sistema tem uma funccedilatildeo de
transferecircncia do tipo 1198810
119881119894frasl = 119860(119895119891) e estaacute sujeito a uma entrada de ruiacutedo de PSD 119878119881119894
Deste modo
obtemos que o valor meacutedio da tensatildeo de ruiacutedo na saiacuteda para um amplificador seraacute
1198811198990
2 = int 119878119881119894 |A(jf)|2 partfinfin
0
( 6 )
Sendo |119860(119895119891)| usualmente uma funccedilatildeo do tipo
Figura 9 Funccedilatildeo de um filtro passa-baixos |119912(119947119943)|
Uma vez que as regiotildees sombreadas satildeo iguais pode-se simplificar o caacutelculo atraveacutes da aacuterea
de um retacircngulo com a mesma aacuterea que o quadrado da funccedilatildeo de transferecircncia Temos entatildeo que a
banda equivalente eacute dada por
B=1
|A0|2int |A(jf)|2 partf
infin
0
( 7 )
Outro tipo de ruiacutedo presente nos equipamentos eletroacutenicos que eacute interessante estudar eacute o
ruiacutedo ldquoshotrdquo ou ruiacutedo de corrente (Ish) que como o nome indica estaacute associado agrave corrente DC que
flui atraveacutes de uma barreira de potencial e pode ser representado por
Ish= radic2∙q∙IDc∙B ( 8 )
Onde q representa a carga eletroacutenica em coulomb e IDC a corrente contiacutenua meacutedia em ampere
Finalmente outro tipo de ruiacutedo a estudar seraacute o ruiacutedo 1f ldquoflickerrdquo ou ruiacutedo de contacto (If)
que ocorre devido agraves diferenccedilas nos niacuteveis de energia eleacutetricos quando existe um contato imperfeito
entre dois materiais Este tipo de ruiacutedo pode ser calculado atraveacutes de
119868119891 = 119870 ∙ 119868119863119888 ∙ radic119861
radic119891 ( 9 )
Onde K eacute um valor constante que depende do material e da geometria
A baixas frequecircncias este ruiacutedo eacute chamado de ruiacutedo ldquo1frdquo devido agrave tendecircncia caracteriacutestica
de decrescimento com a frequecircncia Eacute importante notar que a magnitude do ruido ldquoflickerrdquo pode ser
17
17
muito grande para pequenas frequecircncias o que leva a que seja a forma de ruiacutedo predominante em
circuitos de baixa frequecircncia
Considerando o ruiacutedo total como adiccedilatildeo das contribuiccedilotildees dos vaacuterios tipos de ruiacutedo na
configuraccedilatildeo eleacutetrica adotada para um amplificador pode-se considerar que o ruiacutedo na entrada segue
a representaccedilatildeo da Figura 10 da qual eacute possiacutevel retirar que
1198681198992 =
1198811198991199052 minus 119881119899
2 minus 1198811199052
1198771199042 ( 10 )
Na praacutetica In pode ser calculado atraveacutes da PSD do ruiacutedo total obtido com uma resistecircncia
elevada de modo a que 1198811198990≫ 119860radic119881119899
2 ∙ 1198811199052 e que Vn eacute a PSD do sistema com a entrada em curto circuito
Figura 10 Circuito representativo dos componentes do ruiacutedo do amplificador na entrada segundo o modelo Vn-In
No corpo humano a captaccedilatildeo dos biopotenciais no escalpe estaacute sujeita agrave presenccedila de ruiacutedo
eleacutetrico intriacutenseco indesejado na interface eleacutetrodogelpele que faz com que o processo de deteccedilatildeo
e anaacutelise dos sinais bioloacutegicos reais seja mais complicado Eacute necessaacuterio por isso caracterizar e
conhecer a magnitude e origem destas flutuaccedilotildees de modo a caraterizar a qualidade dos eleacutetrodos
desenvolvidos
O ruiacutedo eleacutetrodo-pele pode estar ligado agrave interface entre o eleacutetrodo e o eletroacutelito ou entatildeo
agrave interface eletroacutelito-pele No primeiro caso esta situaccedilatildeo pode ser mensurada atraveacutes da colocaccedilatildeo
de eleacutetrodos do mesmo tipo um contra o outro Por outro lado o ruiacutedo produzido pela interface
eletroacutelito-pele deve ser mensurado de uma forma indireta atraveacutes do contacto direto entre o eleacutetrodo
e a pele Nesta situaccedilatildeo o ruiacutedo eacute tipicamente mais elevado do que o que se obteacutem na interface
eleacutetrodo-eletroacutelito [3] Uma vez que os resultados obtidos nestes ensaios dependem diretamente do
estado da pele eacute importante garantir um tratamento preacutevio adequado
18
18
261 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio do tempo RMS e Deriva do potencial
A raiz do valor quadraacutetico meacutedio RMS (do inglecircs root mean square) ou valor eficaz eacute uma
medida estatiacutestica da magnitude de uma quantidade variaacutevel que pode ser calculada atraveacutes da
expressatildeo
120600119877119872119878 = radic1
119873 sum120600119894
2
119873
119894=1
= radic1206001
2 + 12060022 + ⋯+ 120600119873
2
119873 ( 11 )
Nos sinais a estudar satildeo calculados os valores RMS da parte alternada do sinal em intervalos
de tempo sucessivos Destes valores eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees acerca da evoluccedilatildeo temporal do
sinal assim como a quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo
Por outro lado a deriva do potencial eacute calculada recorrendo agrave primeira derivada do sinal nos
diferentes pontos pela componente contiacutenua do sinal sendo portanto de natureza lenta Eacute possiacutevel
por isso analisar a deriva do potencial e o tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema atraveacutes do recurso desde
caacutelculo
262 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio das frequecircncias Densidade espectral
A densidade espectral de potecircncia PSD eacute definida pela transformada de Fourier da funccedilatildeo
de autocorrelaccedilatildeo (Rxx (120591)) de um processo estacionaacuterio ou seja
Teorema de Wiener-Khintchine 119878119909(119891) = F[Rxx(120591)]= int Rxx(120591)119890minus 1198952120587119891120591119889120591infin
minusinfin
( 12 )
Por outras palavras a PSD descreve a distribuiccedilatildeo da variacircncia de um processo aleatoacuterio no
domiacutenio da frequecircncia [27][28]
No Matlab esta estimaccedilatildeo eacute feita atraveacutes da funccedilatildeo pwelch jaacute implementada esta segue o
meacutetodo Welch para o caacutelculo da PSD Este meacutetodo eacute baseado no conceito de utilizaccedilatildeo de
periodogramas de estimaccedilatildeo espectral que satildeo o resultado da conversatildeo de um sinal no domiacutenio
temporal para o domiacutenio da frequecircncia [29] Para isso o meacutetodo Welch segue o fundamento do
meacutetodo Bartlett contudo permite a sobreposiccedilatildeo de segmentos [30]
O meacutetodo Bartlett consiste primeiramente na divisatildeo do segmento original de N amostras em
K segmentos de comprimento M Para cada segmento eacute obtido o periodograma calculado atraveacutes da
transformada discreta de Fourier de seguida eacute calculado o quadrado do resultado e dividido por M
Finalmente eacute feita a meacutedia do resultado dos periodogramas para todos os segmentos de K amostras
resultando num uacutenico vetor de potenciais em funccedilatildeo da frequecircncia Ou seja a reparticcedilatildeo da potecircncia
ao longo do espetro [28]
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27 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo da impedacircncia
Um sistema eletroquiacutemico eacute aquele onde haacute a presenccedila de pelo menos uma fase condutora
eletroacutenica (eleacutetrodo) em contato direto com uma fase condutora ioacutenica (eletroacutelito) as quais originam
a interface eleacutetrodo-eletroacutelito onde se forma duma dupla camada eleacutetrica
A mediccedilatildeo da impedacircncia eletroquiacutemica em modo potenciostaacutetico eacute feita atraveacutes da
aplicaccedilatildeo de um sinal de potencial eleacutetrico sinusoidal 119881(119905) com cerca de 5 a 20 mV numa ceacutelula
eletroquiacutemica Satildeo medidas a resposta na forma de corrente eleacutetrica 119868(119905) e diferenccedila de fase entre
o sinal de potencial e o sinal da corrente [31] Ao medir a corrente alternada que atravessa a ceacutelula
eletroquiacutemica obtemos a impedacircncia Z da forma convencional 119885 = 119881119868 [32] Refira-se que a obtenccedilatildeo
da impedacircncia pode igualmente ser feita impondo uma perturbaccedilatildeo de corrente e medindo o
potencial A impedacircncia do eleacutetrodo reflete entatildeo a capacidade do eleacutetrodo para transferir carga a
determinada frequecircncia [32][33]
Deste modo tem-se se os valores da tensatildeo alternada V(t) e da intensidade I(t) forem
representados por
V(t)=V0∙ cos ωt
( 13 )
I(t)=I0∙ cos (ωt+φ) ( 14 )
No qual V0 representa a amplitude de pico do sinal 120596 a frequecircncia angular (120596 = 2120587119891) I0 a
amplitude do sinal de corrente e 120593 a diferenccedila de fase entre os dois sinais
Pela equaccedilatildeo de Euler
eiφ= cos φ +j sin φ ( 15 )
temos entatildeo que se φ=120596119905
V(t)= V0∙Re(ejωt) ( 16 )
representando essa tensatildeo alternada como uma parte real de uma grandeza complexa
temos que V(t) eacute equivalente a
V(t)=V0∙Re(119888119900119904120596119905 + 119895 ∙ 119904119894119899 120596119905) ( 17 )
Por outro lado atendendo agrave Equaccedilatildeo de Euler acima descrita a corrente eleacutetrica gerada
por um elemento de circuito em resposta a uma tensatildeo alternada pode ser escrita como
I(t)=I0∙Re(119890(120596119905+120593))
( 18 )
Deste modo a impedacircncia fica
Z(ω)=Z0∙ejφ
( 19 )
e aplicando a equaccedilatildeo de Euler
Z(ω)=Z ( cos φ + j sin φ ) ( 20 )
20
20
Obtemos uma equaccedilatildeo composta de uma parte real e uma parte imaginaacuteria possibilitando
assim a sua representaccedilatildeo num plano cartesiano onde a parte real corresponderaacute ao eixo das abcissas
e a parte imaginaria ao eixo das ordenadas (Diagrama de Nyquist)
Pode-se tambeacutem representar a impedacircncia como um vetor no plano complexo
Z (ω)=Re[Z(ω)]i +Im[Z(ω)]j ( 21 )
E se Z0 for o moacutedulo da impedacircncia a parte real de 119885(120596) escreve-se
Z=Z0∙ cos φ
( 22 )
sendo a parte imaginaacuteria representada por
Z=Z0∙ sin φ
( 23 )
que segundo a representaccedilatildeo de Fresnel corresponde a
Z(ω)=Z+ j Z
( 24 )
ou seja
1198850=|Z(ω)|=radicZ2+ Z
2 ( 25 )
e
tan φ = Z
Zfrasl ( 26 )
Os diagramas de Nyquist satildeo uacuteteis para reconhecer o tipo de processo envolvido Os diagramas
de Bode por outro lado mostram a dependecircncia direta do acircngulo de fase com a frequecircncia Este
uacuteltimo eacute particularmente interessante em escalas de frequecircncia muito diferentes uma vez que eacute
frequentemente representado atraveacutes da escala logariacutetmica portanto os resultados nos capiacutetulos
subsequentes seratildeo apresentados neste formato
21
21
A teacutecnica de Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica (do inglecircs Electrochemical
Impedance Spectroscopy - EIS) fornece uma visatildeo completa e detalhada das caracteriacutesticas eleacutetricas
da interface eleacutetrodo-eletroacutelito quando efetuada
numa gama suficientemente largada de frequecircncias
Na Figura 11 estaacute representado um esquema da
montagem experimental para mediccedilatildeo da
impedacircncia As reaccedilotildees eletroquiacutemicas satildeo em
essecircncia reaccedilotildees quiacutemicas em que ocorrem
transferecircncia de eletrotildees para um eleacutetrodo e como
regra ocorrem de acordo com princiacutepios quiacutemicos
gerais Haacute contudo certas caracteriacutesticas das
reaccedilotildees eletroquiacutemicas que satildeo uacutenicas Algumas
delas envolvem a transferecircncia de eletrotildees atraveacutes
de uma interface (reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo) o
que acarreta uma dependecircncia com as dimensotildees e
aacuterea do eleacutetrodo assim como tambeacutem das
propriedades da interface com o eleacutetrodo
Eacute habitual que os eleacutetrodos de AgAgCl apresentem potenciais relativamente baixos e
estaacuteveis Portanto a deposiccedilatildeo da camada de AgCl estabilizaraacute o potencial do eleacutetrodo e reduziraacute os
niacuteveis de impedacircncia Eacute de salientar que impedacircncias aceitaacuteveis para os eleacutetrodos de superfiacutecie devem
encontrar-se abaixo dos 5 k uma vez que quanto maior a impedacircncia maior seraacute a resistecircncia do
eleacutetrodo agrave passagem de corrente No entanto valores de 10 k ou mesmo 40 K ainda satildeo
considerados aceitaacuteveis dependendo dos autores [34][35]
Figura 11 Esquema representativo do ensaio potenciostaacutetico para mediccedilatildeo da impedacircncia
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Capiacutetulo 3 Materiais e meacutetodos
Materiais e meacutetodos
31 Preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes
Na preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes dissolveu-se cloreto de soacutedio (NaCl) em aacutegua
adicionando de seguida um tensioativo (tweencopy-80) e um humectante (propilenoglicol) As
concentraccedilotildees destes componentes variaram nas 3 soluccedilotildees conforme referido na Tabela 2 Conveacutem
referir que cada componente foi dissolvido em constante e contiacutenua agitaccedilatildeo numa placa de
agitaccedilatildeo tendo-se misturado primeiro o propilenogicol com o tweencopy e soacute depois com os restantes
compostos
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas
COMPONENTE INFORMACcedilAtildeO DO COMPONENTE SOLUCcedilAtildeO
1 2 3
NaCl (mV) VWR-BDH Prolabo Lote 27810295
09 09 09
Tweencopy-80 (VV) Acofarma
Lote 130287 3 3 5
Propilenoglicol(VV) Acofarma
Lote 131337 10 30 30
Aacutegua (VV) - qbp 100 qbp 100 qbp 100
A biocompatibilidade das mateacuterias-primas empregues para a obtenccedilatildeo das soluccedilotildees torna este
novo conceito de eleacutetrodo uma alternativa promissora para utilizaccedilatildeo cliacutenica Esta biocompatibilidade
estaacute inversamente relacionada com a concentraccedilatildeo de cloretos de soacutedio ou seja quanto menor a
concentraccedilatildeo tanto maior a biocompatibilidade das soluccedilotildees Por esse motivo as soluccedilotildees
desenvolvidas contavam com pequenas concentraccedilotildees de sais de modo a ser o mais semelhante
possiacutevel aos componentes ioacutenicos da proacutepria pele humana
24
24
32 Produccedilatildeo dos novos eleacutetrodos
321 Produccedilatildeo da estrutura porosa de policarbonato
A produccedilatildeo da estrutura porosa (wicks) foi realizada atraveacutes da sinterizaccedilatildeo de poacutes de
policarbonato (PC)
No que diz respeito ao processo de fabrico propriamente
dito o primeiro passo consistiu na moagem da mateacuteria-prima
(policarbonato) de seguida estas partiacuteculas foram sinterizadas
atraveacutes de um equipamento designado por cilindro de sinterizaccedilatildeo
Este cilindro foi aquecido a uma temperatura de asymp170degC e atingida
esta gama de temperaturas colocaram-se as partiacuteculas no molde
ldquoWickrdquo com as dimensotildees apresentadas na Figura 12 que se
encontrava dentro do cilindro central Procedeu-se
imediatamente ao encaixe do pistatildeo no cilindro central Para
finalizar mergulhou-se em aacutegua fria o cilindro central contendo o
molde deixando de seguida secar agrave temperatura ambiente [36]
322 Preparaccedilatildeo dos eleacutetrodos de pratacloreto de prata
Para a deposiccedilatildeo da camada de cloreto de prata nos fios de prata recorreu-se a uma teacutecnica
de deposiccedilatildeo quiacutemica Para isso os fios de prata (Ag) (diacircmetro = 250 miacutecron 9999 Goodfellow
Cambridge) foram oxidados com uma soluccedilatildeo de cloreto de ferro (III) (MERCK Lote 7705-08-0) apoacutes
um preacute-tratamento que permitiu a remoccedilatildeo de impurezas e sujidades presentes na superfiacutecie dos fios
Este preacute-tratamento consistiu na limpeza da superfiacutecie dos fios com 2-propanol e posterior imersatildeo
dos mesmos numa tina de ultrassons com 2-propanol durante 10 minutos De seguida mergulharam-
se os fios de prata em aacutegua destilada de forma a remover todo o 2-propanol presente Finalmente
o processo de oxidaccedilatildeo consistiu em submergir os fios de prata numa soluccedilatildeo aquosa de FeCl3 50 mM
durante 2 minutos ao finalizar este periacuteodo foram armazenados durante 24h num recipiente revestido
com folha de alumiacutenio que possuiacutea uma soluccedilatildeo de HCl 01M para estabilizaccedilatildeo Os fios que natildeo foram
utilizados imediatamente foram armazenados num recipiente revestido com folha de alumiacutenio com
uma soluccedilatildeo de HCl 0005M O comprimento de cada fio de prata eacute aproximadamente de 8 cm
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato
25
25
323 Montagem dos eleacutetrodos
Apoacutes o fabrico da estrutura porosa e da preparaccedilatildeo dos
fios de prata procedeu-se agrave montagem dos eleacutetrodos para isso
cortaram-se pequenas porccedilotildees de uma esponja em poliuretano
com configuraccedilatildeo ciliacutendrica e um diacircmetro semelhante ao da
parte superior da estrutura porosa De seguida atravessou-se esta
esponja com o fio de prata e inseriu-se o conjunto ldquoesponja +
arame de pratardquo dentro de um orifiacutecio superior que a estrutura
porosa possui Finalmente incorporou-se esta estrutura dentro de
um tubo de PVC de modo a atingir a configuraccedilatildeo apresentada na
Figura 13
33 Preparaccedilatildeo dos ensaios
Antes do iniacutecio dos ensaios os eleacutetrodos foram previamente lavados com 2-propanol e
colocados na estufa de modo a evaporar os resiacuteduos do aacutelcool Posteriormente foi aplicada a soluccedilatildeo
hidratante que se pretendia estudar de modo a que a esponja ficasse completamente embebida Desta
forma por uma parte os novos eleacutetrodos em estudo foram testados recorrendo agraves soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 e por outra os eleacutetrodos que serviram como controlo (eleacutetrodo de AgAgCl
(BIO EASYCAP GmbH Alemanha)) utilizaram o gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) Foram tambeacutem utilizados eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) como referecircncia
Para os estudos eletroquiacutemicos incorporaram-se os eleacutetrodos numa montagem constituiacuteda por
um potenciostatogalvanostato Gamry G-300 (Gamry Instruments USA) De modo a diminuir o ruiacutedo
eletroacutenico os ensaios foram todos realizados dentro de uma Gaiola de Faraday Eacute importante referir
que uma vez o nosso sistema de aquisiccedilatildeo de dados era ldquoearth groundedrdquo seguiu-se a sugestatildeo da
bula do Gamry e optou-se unicamente por ligar o ldquofloating groundrdquo agrave gaiola
34 Condiccedilotildees dos ensaios
A primeira parte do trabalho foi desenvolvida laquoIn vitroraquo com eleacutetrodos multipino foi feito
entatildeo um estudo do ruido eletroquiacutemico entre eleacutetrodos do mesmo tipo nas diferentes soluccedilotildees
referidas na Tabela 2 De seguida realizou-se um estudo das impedacircncias dos novos eleacutetrodos nas
diferentes soluccedilotildees seguidos por um estudo de controlo realizado nas mesmas condiccedilotildees com o
eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente e o correspondente gel hidratante Estes ensaios foram
reproduzidos 3 vezes uma vez que em estudos anteriores jaacute se tinha verificado uma boa
reprodutibilidade dos ensaios
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios
26
26
Na segunda fase dos estudos realizou-se uma avaliaccedilatildeo do ruido da impedacircncia vs frequecircncia
laquoIn vivoraquo com as diferentes soluccedilotildees Estes ensaios foram realizados em 8 voluntaacuterios saudaacuteveis 6 do
sexo feminino e 2 do masculino Deste modo consegue-se escolher uma soluccedilatildeo para avanccedilar ao
estaacutegio seguinte que consistia na mediccedilatildeo e comparaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos obtidos tanto
com os eleacutetrodos de controlo como com os eleacutetrodos multipino porosos com a soluccedilatildeo hidratante mais
adequada Os resultados foram obtidos com a participaccedilatildeo de 2 voluntaacuterios saudaacuteveis de ambos sexos
341 Ensaios laquoIn vitroraquo
3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito
Nos ensaios de ruiacutedo eletroquiacutemico apenas foram utilizados eleacutetrodos multipino porosos
Fig14 (b) sendo um ligado ao terminal do eleacutetrodo de trabalho e o outro ao terminal do eleacutetrodo de
referecircncia A distacircncia entre os eleacutetrodos foi controlada durante o decorrer dos ensaios optando-se
por uma distacircncia de 3 cm entre os dois eleacutetrodos Foi tambeacutem realizada uma montagem de controlo
nas mesmas condiccedilotildees contudo esta era constituiacuteda por dois eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel
Electro-Cap International Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA)
Estabelecida a montagem do sistema eletroacutenico procedeu-se agrave mediccedilatildeo do ruiacutedo eleacutetrico em
circuito aberto para isso recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software ldquoESA410 Data Acquisitionrdquo da Gamry
um software projetado especificamente para a aquisiccedilatildeo e anaacutelise de sinais de ruiacutedo eletroquiacutemico
[37] Para aquisiccedilatildeo dos dados o ESA410trade associa-se ao potenciostato Gamry que faz aquisiccedilatildeo dos
dados em modo potenciostaacutetico a recolha dos dados eacute feita em circuito aberto O teste para cada
eleacutetrodo foi realizado ao longo de 12 minutos com uma taxa de amostragem constante de 1000 Hz
ao longo de todo o teste e um filtro de 10 A frequecircncia de amostragem foi escolhida tendo em conta
o Teorema de Nyquist que afirma que a frequecircncia de amostragem de um sinal analoacutegico para que
possa posteriormente ser reconstituiacutedo com o miacutenimo de perda de informaccedilatildeo deve ser igual ou maior
a duas vezes a maior frequecircncia do espectro desse sinal 119861 le119891119904
2 Por outras palavras a frequecircncia
maacutexima do sinal de entrada deveraacute ser menor ou igual a metade da taxa de amostragem [38] Para
que isto seja conseguido o sistema incorpora um filtro passa-baixo ldquoanti-aliasrdquo (deixa passar baixas
frequecircncias mas atenua as frequecircncias maiores do que a frequecircncia de Nyquist) [39]
3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito
Na montagem eletroacutenica dos ensaios de impedacircncia o contra eleacutetrodo era representado por
um eleacutetrodo comercial de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) o eleacutetrodo de trabalho um
eleacutetrodo poroso multipino (cada ensaio com as suas diferentes soluccedilotildees) e o eleacutetrodo de referecircncia
um eleacutetrodo de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) Fig14 (a) Optou-se tambeacutem pela
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27
implementaccedilatildeo de um controlo com eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap International
Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap International Inc USA)
A obtenccedilatildeo dos dados eacute feita atraveacutes da teacutecnica de espectroscopia de impedacircncia
eletroquiacutemica em modo potenciostaacuteticordquo presente no software EIS300TM da Gamry neste modo de
funcionamento eacute aquirido um espectro de impedacircncia ao longo do intervalo de frequecircncias de 10 kHz
ateacute 01 Hz com uma tensatildeo AC aplicada (5 mV RMS) da tensatildeo de desvio DC (0 V vs circuito aberto)
e representados 3 pontos por deacutecada
(a) (b)
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo
342 Ensaios laquoIn vivoraquo
3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele
De modo a mensurar o ruiacutedo
causado pela interface entre o eletroacutelito e
a pele procedeu-se agrave montagem de um
sistema semelhante ao utilizado nos
ensaios do ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito dentro
de uma gaiola de Faraday contudo estes
ensaios foram realizados laquoIn vivoraquo
procedendo-se agrave colocaccedilatildeo dos dois
eleacutetrodos na zona anterior da tiacutebia com
um espaccedilo entre eles de 3 cm (Figura 15)
apoacutes a superfiacutecie da pele ter sido limpa
com etanol a 70
A montagem contava com um sistema de seguranccedila inserido em seacuterie no sistema de mediccedilatildeo
e que corta a corrente se esta for superior a 100 microA
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
28
28
A mediccedilatildeo do ruido foi feita tendo em conta o tipo de eleacutetrodo tendo-se para isso optado por
fazer as mediccedilotildees com eleacutetrodos do mesmo tipo ou seja num primeiro ensaio mensurou-se o ruido
entre 2 eleacutetrodos de pratacloreto de prata com o respetivo gel hidratante e numa segunda
abordagem optou-se por mensurar o ruido entre dois dos eleacutetrodos porosos com as diferentes soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 Contudo foi controlada a pressatildeo da banda que fixava os eleacutetrodos porosos
agrave tiacutebia sendo estipulado o valor da pressatildeo no intervalo de 15N a 2N
Neste ensaio o primeiro eleacutetrodo encontra-se ligado aos terminais dos eleacutetrodos de trabalho
o segundo ao terminal da referecircncia e o cabo do ground foi ligado agrave gaiola
Os paracircmetros dos ensaios foram os mesmos que os utilizados para a mediccedilatildeo do ruido
eleacutetrodo-eletroacutelito apresentados na secccedilatildeo 3411 contudo o tempo de aquisiccedilatildeo de sinal foi
reduzido a 5 minutos de modo a minorar o tempo de exposiccedilatildeo dos voluntaacuterios aos exames
3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele
laquoIn vivoraquo estes ensaios foram feitos logo
apoacutes a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico portanto a
superfiacutecie da pele se encontrava limpa e a
colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos obedecia agrave regra dos 3 cm
de distacircncia entre eleacutetrodos e 15-2N de pressatildeo
Para a mediccedilatildeo da impedacircncia eacute utilizada uma
configuraccedilatildeo diferente como referido no capitulo
33 Satildeo portanto utilizados 2 eleacutetrodos
comerciais de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH
Alemanha) um como referecircncia e outro como
contra eleacutetrodo e o eleacutetrodo em estudo
propiamente dito seja este o comercial (controlo)
ou o novo eleacutetrodo (Figura 16)
Os resultados obtidos para as diferentes
frequecircncias aleacutem de poderem ser representados
pelo diagrama de Nyquist como referido anteriormente podem tambeacutem ser representados num
Diagrama de Bode Neste diagrama a distribuiccedilatildeo dos valores de impedacircncia por vaacuterias ordens de
grandeza eacute representada em coordenadas polares (magnitude log|119885| em funccedilatildeo de log120596 )
3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos primariamente limpou-se a superfiacutecie do
escalpe com aacutelcool a 70 de modo a minimizar a camada gordurosa da pele De seguida procedeu-se
agrave colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos Foram colocados dois eleacutetrodos de AgAgCl (comerciais) um de forma a
servir como controlo (posiccedilatildeo O2) e outro em curto-circuito com o ground e a referecircncia (posiccedilatildeo
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino
durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia
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Fp2) O eleacutetrodo poroso em estudo colocou-se a cerca de 3 cm do eleacutetrodo de AgAgCl posiccedilatildeo O2
de modo a captar o mesmo sinal que o obtido pelo eleacutetrodo de controlo (Figura 17)
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos
35 Implementaccedilatildeo em Matlab
Apoacutes a importaccedilatildeo do ficheiro obtido nos ensaios de ruiacutedo para o Matlab foi criado um filtro
Butterworth de ordem 20 de 05 ateacute 40 Hz atraveacutes da funccedilatildeo jaacute implementada pelo Matlab
ldquofdesignbandpassrdquo De seguida eacute aplicado o filtro duas vezes A primeira desde o primeiro ponto ateacute
o uacuteltimo e o segundo na ordem inversa Deste modo consegue-se natildeo soacute uma filtragem dupla mas
tambeacutem o cancelamento da fase dos filtros Assim efetivamente o filtro utilizado eacute de ordem 40 de
fase nula
De seguida eacute dividido o ensaio em segmentos de 30 segundos rejeitando os primeiros 10
segundos do ensaio Para cada segmento natildeo sobreposto eacute calculado o valor RMS da tensatildeo a
densidade espectral de potecircncia atraveacutes da estimaccedilatildeo pwelch do Matlab e o declive meacutedio (primeira
derivada do sinal) Contudo no final eacute calculada tambeacutem a densidade espectral de potecircncia global
que eacute expressa em dB
30
30
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Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos
Resultados obtidos e discussatildeo
41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo
411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos
eleacutetrodos
Neste estudo eacute de extrema relevacircncia a eleiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante a utilizar Para isso
recorreu-se agrave realizaccedilatildeo de vaacuterios ensaios que possibilitassem uma avaliaccedilatildeo objetiva da resposta do
sistema Efetuou-se entatildeo primeiro uma anaacutelise do ruiacutedo ao longo de 12 minutos com os eleacutetrodos
multipino nas diferentes soluccedilotildees (um medido contra o outro) e a respetiva referecircncia de seguida
realizou-se um ensaio para mensurar a resistecircncia agrave passagem de corrente com os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees e a respetiva referecircncia
Assim sendo a Figura 18 revela a impedacircncia dos eleacutetrodos nas diferentes soluccedilotildees testadas
Nesta pode-se observar que a soluccedilatildeo 1 apresenta niacuteveis de impedacircncia ligeiramente mais baixos que
as restantes soluccedilotildees Contudo os seus niacuteveis encontram-se uma deacutecada acima dos valores obtidos
pelo eleacutetrodo e AgAgCl utilizado comercialmente com o respetivo gel hidratante Observa-se ainda
que os desvios padratildeo satildeo tatildeo baixos que quase natildeo satildeo percetiacuteveis o que significa que os ensaios satildeo
bastante reprodutiacuteveis Eacute tambeacutem importante notar que ao longo de todas as frequecircncias testadas
os valores de impedacircncia aleacutem de se encontrarem todos abaixo dos valores maacuteximos permitidos (20-
40 k) [35] encontram-se ainda abaixo dos 5 k referidos como valores de impedacircncia ideal por vaacuterios
fornecedores [40][41] o que eacute de extrema relevacircncia nos passos subsequentes de aquisiccedilatildeo do sinal
uma vez que eacute indispensaacutevel ter baixos niacuteveis de impedacircncia para conseguir captar ondas cerebrais
32
32
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Foram ainda feitas mediccedilotildees de ruiacutedo nas mesmas condiccedilotildees Realizando-se de seguida uma
anaacutelise no domiacutenio temporal e outra no domiacutenio das frequecircncias Para isso como foi referido no
capitulo 35 recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software Matlab A primeira anaacutelise eacute feita no domiacutenio
temporal (Figura 19 (a)) sob a forma de um graacutefico da tensatildeo meacutedia (RMS) em funccedilatildeo do tempo que
eacute obtida apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa-alto de modo a retirar a componente DC do sinal e assim
obter um sinal de ruiacutedo para altas frequecircncias que seraacute representado em periacuteodos de 30 segundos
Deste modo eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees da quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo de
estabilizaccedilatildeo do eleacutetrodo O que se observa eacute que os niacuteveis de ruiacutedo ao longo do tempo variam entre
185 microV ateacute 2 microV o que equivale a uma variaccedilatildeo maacutexima de 015 microV tanto para os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees como para o eleacutetrodo de AgAgCl no respetivo gel hidratante Observa-se
ainda que aleacutem das pequenas variaccedilotildees ao longo do tempo o desvio padratildeo para todas as soluccedilotildees eacute
muito semelhante sugerindo que natildeo haacute diferenccedilas significativas a niacutevel das soluccedilotildees implementadas
Eacute ainda de salientar que natildeo se observa nenhuma evoluccedilatildeo de ruiacutedo ao longo do tempo o que sugere
uma estabilizaccedilatildeo do sistema muito raacutepida A segunda anaacutelise no domiacutenio temporal corresponde ao
declive meacutedio (Figura 19 (b)) foi realizada recorrendo agrave primeira derivada do sinal em DC obtido a
cada 30 segundos Deste graacutefico eacute possiacutevel retirar informaccedilatildeo referente agrave deriva do potencial e ao
tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema Assim recorrendo agrave sua visualizaccedilatildeo observa-se que a
estabilizaccedilatildeo eacute feita de forma semelhante para todas as soluccedilotildees Contudo a soluccedilatildeo 3 apresenta
menos variaccedilotildees ao longo do tempo valores mais proacuteximos de zero e maior reprodutibilidade entre
ensaios Finalmente o teste de controlo efetuado com os eleacutetrodos comerciais de AgAgCl no gel
aparentam ser ligeiramente menos estaacuteveis contudo os valores se encontram na mesma gama de
tensotildees
33
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Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Para concluir realizou-se uma anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias para isso recorreu-se ao
graacutefico da densidade espectral de tensatildeo (Figura 20) Nele observa-se que os resultados do ruiacutedo do
sinal aumentam com a diminuiccedilatildeo das frequecircncias numa proporccedilatildeo 119903119906iacute119889119900 ~ 1 119891119903119890119902119906ecirc119899119888119894119886frasl
confirmando os estudos feitos por E Huigen em 2002 [20] No entanto estes tendem a estabilizar a
partir dos 10 Hz em valores proacuteximos dos -238 dB Eacute de referir que a para frequecircncias elevadas o
sinal de ruiacutedo eacute determinado pelo ruiacutedo do amplificador e natildeo pelo ruiacutedo da interface metal-eletroacutelito
uma vez que este eacute significativamente menor do que o ruiacutedo do amplificador impedindo assim a sua
mediccedilatildeo mesmo com equipamentos de baixo ruiacutedo [20]
34
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Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
35
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a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
36
36
Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
37
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Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
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38
Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
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Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
40
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
41
41
Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
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42
Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
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43
Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
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Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
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Anexos
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211 Propagaccedilatildeo do sinal
Um impulso nervoso origina a transmissatildeo de um sinal codificado ao longo da membrana do
neuroacutenio Para compreender esta transmissatildeo dentro do proacuteprio neuroacutenio eacute necessaacuterio conhecer o
conceito de potenciais de repouso e de accedilatildeo
N as fases em que se verifica existir potenciais de repouso os iotildees de soacutedio entram para a ceacutelula
atraveacutes de transporte passivo uma vez que a concentraccedilatildeo destes eacute menor no interior da ceacutelula (a
favor do gradiente de concentraccedilatildeo) Posteriormente daacute-se a sua expulsatildeo de forma ativa ao mesmo
tempo que entram iotildees de potaacutessio ativamente Finalmente os iotildees de potaacutessio voltam passivamente
ao exterior da membrana outorgando agrave ceacutelula uma carga positiva Diz-se entatildeo que esta se encontra
polarizada Nas ceacutelulas nervosas o potencial de membrana ronda os -90mV [6]
Os potenciais de accedilatildeo satildeo os responsaacuteveis pela propagaccedilatildeo do estiacutemulo nervoso contudo a sua
duraccedilatildeo natildeo ultrapassa alguns milissegundos (ver a Figura 3) Esta propagaccedilatildeo ocorre quando o
potencial de membrana que se encontra nos -90mV passa a ocupar valores de -50 a -70mV devido a
uma perturbaccedilatildeo externa de modo a responder a esta situaccedilatildeo ocorre a passagem por difusatildeo dos
iotildees de soacutedio para o interior da ceacutelula resultando na alteraccedilatildeo dos potenciais ateacute entatildeo negativos
para valores que podem chegar a +35mV De seguida a ceacutelula expulsa ativamente o soacutedio alterando
assim o potencial para aproximadamente -95mV Daacute-se entatildeo a repolarizaccedilatildeo atraveacutes da bomba de
Na+K+ ou seja a ceacutelula volta agraves condiccedilotildees iniciais [6]
Apoacutes um sinal ser transportando atraveacutes de um neuroacutenio eacute necessaacuterio que este seja comunicado
ao neuroacutenio seguinte de modo a manter a transmissatildeo do impulso Esta transferecircncia daacute-se em locais
especiacuteficos e pode ser feita eletricamente (atraveacutes de iotildees) ou quimicamente (atraveacutes de uma fenda
sinaacuteptica onde um neurotransmissor eacute libertado e se liga a recetores especiacuteficos do neuroacutenio poacutes-
sinaacuteptico) [6][16]
Figura 3 Representaccedilatildeo do fluxo ioacutenico durante o potencial de accedilatildeo (Adaptado de [16])
9
9
22 Aquisiccedilatildeo do sinal
Eacute impossiacutevel medir a atividade eleacutetrica gerada por um uacutenico neuroacutenio contudo a aquisiccedilatildeo do
sinal electroencefalograacutefico soacute eacute possiacutevel graccedilas agrave emissatildeo parcialmente sincronizada do impulso
nervoso numa parte significativa do coacutertex cerebral Deste modo o EEG reflete o somatoacuterio da
atividade siacutencrona de milhares de neuroacutenios com uma orientaccedilatildeo espacial semelhante assessorando
assim a aquisiccedilatildeo de um sinal reprodutiacutevel e mensuraacutevel que possibilita uma interpretaccedilatildeo fidedigna
[16]
Esta teacutecnica permite o registo da atividade eleacutetrica do ceacuterebro Eacute um procedimento raacutepido
simples e indolor no qual os impulsos eleacutetricos do ceacuterebro satildeo amplificados e registrados em papel
atraveacutes de um galvanoacutemetro ou em formato digital O seu interesse prende-se natildeo soacute com os baixos
custos da teacutecnica como tambeacutem com a obtenccedilatildeo em tempo real destes sinais de modo a conseguir
diagnosticar eventuais anomalias
A EEG quando comparada com outras teacutecnicas como por exemplo o eletrocardiograma (ECG)
apresenta uma maior dificuldade na obtenccedilatildeo dos dados uma vez que a tensatildeo a captar eacute de muito
menor amplitude os sinais por vezes encontram-se na regiatildeo do ruiacutedo eleacutetrico e aleacutem disso os
amplificadores comuns natildeo fornecem uma banda de funcionamento que consiga amplificar o sinal de
forma eficaz o que exige a utilizaccedilatildeo de amplificadores especialmente desenhados [6] Contudo
estas limitaccedilotildees natildeo impediram o avanccedilo desta tecnologia Ao longo do tempo as teacutecnicas de obtenccedilatildeo
dos dados foram-se aprimorando tendo chegado na fase de maturidade agrave arquitetura ilustrada na
Figura 4 em que a saiacuteda eacute representada em papel desenhada por canetas conduzidas por mecanismos
controlados por galvanoacutemetros Hoje em dia os sistemas evoluiacuteram sobretudo na parte final atraveacutes
da digitalizaccedilatildeo dos sinais filtrados e seu armazenamento num dispositivo digital Desta forma torna-
se muito mais flexiacutevel a fase de visualizaccedilatildeo dos sinais que eacute feita em monitores graacuteficos de
computador bem como a fase de armazenamento e arquivo e criaccedilatildeo de fichas de exame A
digitalizaccedilatildeo permite o processamento digital dos sinais a fim principalmente de os caracterizar do
ponto de vista morfoloacutegico e assim contribuir para a classificaccedilatildeo do ponto de vista cliacutenico
Figura 4 Diagrama de blocos representativo de um sistema para aquisiccedilatildeo de sinais
eletroencefalograacuteficos
A EEG eacute realizada atraveacutes da colocaccedilatildeo de eleacutetrodos no couro cabeludo obedecendo o
posicionamento dos mesmos a regras especiacuteficas pois a sua localizaccedilatildeo influencia os sinais captados
10
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De modo a facilitar a comparaccedilatildeo dos resultados eacute habitualmente utilizado um sistema se
colocaccedilatildeo padratildeo chamado 10-20 (Figura 5) Segundo este padratildeo os locais onde os eleacutetrodos satildeo
colocados satildeo denominados por letras de acordo com as aacutereas cerebrais adjacentes seguidas de um
nuacutemero impar se o eleacutetrodo se encontrar no lado esquerdo da cabeccedila ou par se for no lado direito
[6]
Apoacutes a obtenccedilatildeo do sinal contiacutenuo de EEG eacute
possiacutevel distinguir vaacuterios tipos de ondas de acordo
com a sua amplitude e frequecircncia A amplitude das
ondas pode ir ateacute aos 200 μV e a frequecircncia ateacute 30Hz
A Figura 6 representa os diferentes tipos de ondas
As ondas delta satildeo ondas da mais baixa frequecircncia
e amplitudes elevadas que ocorrem em momentos do
sono profundo por outro lado as ondas teta
encontram-se na gama de frequecircncias de 4-7 Hz
contudo
continuam a apresentar grandes amplitudes e ocorrem
em estaacutegios de meditaccedilatildeo e relaxamento profundo as
ondas alfa apresentam por sua vez amplitudes meacutedias
e frequecircncias compreendidas entre os 8 e os 13 Hz
correspondendo a estados mentais relaxados no sono
Finalmente as ondas beta satildeo as de mais elevada
frequecircncia (gt13 Hz) com amplitudes de cerca de 10 μV
e ocorrem quando existe um estimulo visual ou no estado
normal de vigiacutelia [6]
221 Eleacutetrodos
Os eleacutetrodos constituem a interface entre o escalpe e o equipamento de mediccedilatildeo No caso de um
eleacutetrodo huacutemido quando a parte metaacutelica entra em contacto com o eletroacutelito tem lugar um processo
de oxidaccedilatildeoreduccedilatildeo de iotildeesaacutetomos que daacute lugar ao aparecimento de um potencial caracteriacutestico
As propriedades fiacutesico-quiacutemicas tanto do eleacutetrodo como do eletroacutelito afetam o valor do potencial
Quando eleacutetrodos idecircnticos satildeo submersos num eletroacutelito homogeacuteneo ambos assumem o mesmo
potencial com respeito ao eletroacutelito Contudo eleacutetrodos diferentes colocados nas mesmas condiccedilotildees
apresentam potenciais diferentes [6] Deste modo eacute sensato concluir que a amplitude do potencial
depende do material de que o eleacutetrodo eacute feito Por esse motivo os eleacutetrodos utilizados na cliacutenica satildeo
comumente produzidos com prata e cloreto de prata uma vez apresentam uma resistecircncia agrave passagem
Figura 5 Sistema internacional 10-20 para
a colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos em EEG
(Adaptado de [17])
Figura 6 Representaccedilatildeo das ondas eletroencefalograacuteficas registadas durante um
exame de EEG [5]
11
11
de corrente natildeo elevada e os seus niacuteveis de impedacircncia satildeo estaacuteveis ao longo de uma ampla gama de
frequecircncias
Contudo o material natildeo eacute o uacutenico paracircmetro que varia para escolher um eleacutetrodo Dependendo
das necessidades existem tambeacutem variedades morfoloacutegicas como os eleacutetrodos invasivos e os natildeo-
invasivos
2211 Eleacutetrodos invasivos
Dentro dos eleacutetrodos invasivos (intracranianos) os mais utilizados satildeo os eleacutetrodos profundos
intracerebrais e os subdurais [13] Os primeiros consistem em eleacutetrodos em forma de agulha feitos
de material flexiacutevel com muacuteltiplos pontos de contacto para registo Satildeo ideais para o registo de
atividade em aacutereas distantes da superfiacutecie Proporcionam ainda um registo preciso da regiatildeo
volumeacutetrica adjacente a cada ponto de registo no entanto a extensatildeo da dita aacuterea eacute limitada [18]
Portanto o uso deste tipo de eleacutetrodos eacute ideal apoacutes os resultados dos exames natildeo-invasivos sugerirem
um ldquoalvordquo provaacutevel Os eleacutetrodos subdurais que podem ser do tipo placa ou tira de silicone com
muacuteltiplos contatos de registo satildeo ideais para o registo de aacutereas extensas do coacutertex [14] Contudo os
eleacutetrodos subdurais podem natildeo registar adequadamente alteraccedilotildees localizadas em profundidade
Este tipo de eleacutetrodos deve apresentar dimensotildees reduzidas de modo a que o dano provocado no
tecido cerebral seja miacutenimo Devem tambeacutem apresentar locais de aplicaccedilatildeo suficientes para recolher
potenciais de muitos neuroacutenios simultaneamente No entanto devido agrave sua natureza altamente
invasiva soacute satildeo usados em casos especiais em que o seu uso pode trazer grandes benefiacutecios para o
paciente
2212 Eleacutetrodos natildeo invasivos
O foco deste estudo centra-se nos eleacutetrodos natildeo invasivos eleacutetrodos colocados na superfiacutecie do
escalpe O contacto entre o eleacutetrodo e a pele eacute facilitado (impedacircncia reduzida) pela utilizaccedilatildeo de
gel e se for esse o caso estaacute-se perante o caso dos eleacutetrodos huacutemidos Contudo a aplicaccedilatildeo deste
gel requer uma preparaccedilatildeo preacutevia da pele que por vezes pode ser demorada suscetiacutevel de
desencadear reaccedilotildees aleacutergicas e desconfortaacutevel para o paciente [3] Surgiu entatildeo a alternativa dos
eleacutetrodos secos eleacutetrodos capazes de aquirir sinais que dispensam a utilizaccedilatildeo de soluccedilotildees todavia
como resultado da ausecircncia do gel ou pasta condutora a impedacircncia interfacial eacute muito mais elevada
tornando indispensaacutevel a integraccedilatildeo de um andar de preacute-amplificaccedilatildeo no eleacutetrodo
Procurando contornar as dificuldades de cada teacutecnica optou-se pelo desenvolvimento de um
bioeleacutetrodo inovador que dispensa a utilizaccedilatildeo de gel mas que apesar disso manteacutem um bom contacto
com a pele humidificando-a
Entre os materiais disponiacuteveis para a fabricaccedilatildeo de eleacutetrodos encontram-se o accedilo inoxidaacutevel o
ouro (Au) o oacutexido de iriacutedio (IrO2)) a prata (Ag) etc [14] tendo-se optado por utilizar um fio de
prata revestido com uma fina camada de cloreto de prata uma vez que os eleacutetrodos fabricados com
12
12
este material apresentam niacuteveis de ruiacutedo reduzidos grande estabilidade do potencial eleacutetrico na gama
de frequecircncias utilizada e uma impedacircncia interfacial baixa [14][19]
23 Interface do eleacutetrodo com a pele
A pele eacute um oacutergatildeo que cobre e protege o corpo e que se observa estar organizado em muacuteltiplas
camadas Eacute composta de trecircs camadas principais a epiderme a derme e a hipoderme cada uma
delas com carateriacutesticas estruturais especiacuteficas que levam a diferentes niacuteveis de condutividade
eleacutetrica e que podem ser representados atraveacutes de modelos baseados em componentes eleacutetricos
baacutesicos [14] Podemos entatildeo do ponto de vista eleacutetrico simular os tecidos bioloacutegicos a partir de um
circuito eleacutetrico formado por resistecircncias e condensadores dispostos em redes com seacuteries e paralelos
agindo estes como condutores ou dieleacutetricos nos quais o fluxo de corrente seguiraacute o caminho de
menor oposiccedilatildeo (Figura 7) Um exemplo ilustrativo desta situaccedilatildeo estaacute representado para o stratum
corneum a camada mais perifeacuterica da epiderme como este tecido eacute relativamente pouco condutor
apresenta uma elevada impedacircncia agrave transmissatildeo das correntes eleacutetricas [20] Assim devido agraves suas
propriedades dieleacutetricas a sua pequena espessura e o seu posicionamento entre o eleacutetrodo condutor
exterior e os tecidos subjacentes mais condutores eacute possiacutevel a sua representaccedilatildeo por meio de um
condensador de placas paralelas
Figura 7 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da interface com a pele e
o seu modelo de circuito eletroacutenico equivalente Adaptado de [14]
O valor da capacidade eleacutetrica da pele estaacute relacionado com a espessura e composiccedilatildeo da camada
coacuternea e tem um valor tiacutepico no intervalo 002-006 microFcm2 [14]
Por outro lado uma vez que alguns iotildees conseguem atravessar o stratum corneum atraveacutes dos
elementos da pele (foliacuteculos do cabelo suor canais das glacircndulas sebaacuteceas imperfeiccedilotildees da pele)
isso pode ser representado coletivamente por uma resistecircncia que seraacute colocada em paralelo com o
condensador Como as camadas subjacentes agrave epiderme satildeo relativamente condutoras representam-
se por uma resistecircncia em seacuterie adicional A presenccedila de uma elevada densidade de foliacuteculos pilosos
(que atuam como derivaccedilotildees de baixa resistecircncia) daacute origem a um valor muito baixo na resistecircncia da
13
13
pele No entanto esta observaccedilatildeo eacute contrabalanccedilada pela dificuldade em fazer contato mecacircnico e
eleacutetrico firme Em tais casos a impedacircncia da pele eacute muito elevada e por vezes eacute necessaacuterio recorrer
agrave remoccedilatildeo dos pelos antes de realizar o exame [14]
231 Hidrataccedilatildeo da pele
O processo de hidrataccedilatildeo da pele humana acontece por duas vias a interna e a externa [21] No
caso da via interna isto acontece quando os queratinoacutecitos migram atraveacutes da derme e sofrem
alteraccedilotildees significativas uma vez que paralelamente a esse processo satildeo libertados liacutepidos e o fator
de hidrataccedilatildeo natural da pele (NMF - Natural moisturizer factor) No caso dos liacutepidos estes formam
uma barreira para a perda de aacutegua e ajudam a reter a hidrataccedilatildeo natural da pele Jaacute no caso da
hidrataccedilatildeo por via externa esta acontece quando introduzimos na pele substacircncias cosmeacuteticas e
farmacecircuticas com capacidades de humedecer as camadas externas da pele para isso na produccedilatildeo
destas substacircncias satildeo utilizadas principalmente trecircs tipos de ingredientes (1) os humectantes que
Incluem a glicerina a ureia e o aacutecido carboxiacutelico da pirrolidona (PCA) que atuam atraindo a aacutegua das
camadas inferiores da derme e ajudando a manter essa aacutegua no estrato coacuterneo (2) os agentes oclusivos
que aumentam os niacuteveis de humidade proporcionando uma barreira fiacutesica para a perda de aacutegua (ceras
oacuteleos e silicones) (3) os emolientes que procuram restaurar os NMF [21]
2311 O gel para utilizaccedilatildeo com os eleacutetrodos
O gel utilizado nos eleacutetrodos serve para (1) assegurar um bom contacto eleacutetrico com a pele do
paciente (2) facilitar a transferecircncia de carga na interface eleacutetrodo-eletroacutelito e assim (3) diminuir
a impedacircncia do estrato coacuterneo [14]
Existem dois tipos de gel o gel huacutemido normalmente denominados como pasta creme ou
substacircncia gelatinosa e o hidrogel Os primeiros satildeo geralmente compostos por aacutegua um agente
espessante bactericidasfungicidas sais ioacutenicos e um surfatante O sal ioacutenico tem como finalidade
conferir condutividade eleacutetrica ao gel e diminuir a impedacircncia eleacutetrica da pele atraveacutes da sua difusatildeo
na mesma Normalmente os sais utilizados satildeo o cloreto de soacutedio (NaCl) ou de potaacutessio (KCl) uma vez
que a maior parte dos iotildees presentes na superfiacutecie da pele humana satildeo o cloreto o soacutedio e o potaacutessio
permitindo assim que elevadas concentraccedilotildees destes sais sejam melhor toleradas pelo corpo
[14][18][22] Por outro lado o hidrogel eacute um gel soacutelido que incorpora hidrocoloacuteides naturais no
entanto a utilizaccedilatildeo destes agentes naturais por vezes provoca desempenhos variaacuteveis e cores pouco
atrativas levando assim agrave utilizaccedilatildeo de hidrocoloacuteides artificiais de modo a eliminar variabilidades
indesejadas
O hidrogel tecircm tendecircncia a causar menos irritaccedilotildees na pele quando comparado com o gel huacutemido
porque o hidrogel limita-se a garantir um bom contato eleacutetrico entre a pele e o eleacutetrodo sem afetar
as propriedades do stratum corneum [14]
14
14
O hidrogel eacute eletricamente mais resistivo do que o gel no entanto esta desvantagem eacute
compensada tanto pela utilizaccedilatildeo de maiores aacutereas com hidrogel como tambeacutem pela diminuiccedilatildeo da
espessura da camada do mesmo Contudo isto natildeo eacute suficiente uma vez que o hidrogel natildeo eacute tatildeo
eficaz na hidrataccedilatildeo da pele (tem tendecircncia a absorver humidade) dando assim como resultado um
aumento na impedacircncia da pele [14]
24 Teacutecnicas de revestimento da prata com cloreto de prata
Finas camadas de um determinado metal depositado sobre um substrato desemprenham
muitas vezes uma funccedilatildeo essencial em muitos dispositivos como por exemplo nos circuitos integrados
No caso dos eleacutetrodos eacute necessaacuterio revestir os fios de prata com finas camadas de cloreto de prata
com o intuito de auxiliar a concretizaccedilatildeo das trocas ioacutenicas referidas no capiacutetulo 1 equaccedilatildeo (1) de
modo a ter-se uma transduccedilatildeo do sinal ioacutenico num sinal eleacutetrico de forma eficaz e reversiacutevel Estas
camadas devem apresentar caracteriacutesticas rigorosamente controladas A espessura a estrutura
atoacutemica e a composiccedilatildeo quiacutemica devem ser uniformes [14][18] Eacute tambeacutem importante que exista
pouca ou nenhuma contaminaccedilatildeo por outras partiacuteculas
As propriedades dos filmes satildeo altamente dependentes dos processos de deposiccedilatildeo Estes
devem ter boa aderecircncia e prover uma boa cobertura Deste modo para a preparaccedilatildeo da prata para
eleacutetrodos a teacutecnica a utilizar deve ser a deposiccedilatildeo eletroquiacutemica atraveacutes de um processo que envolve
a deposiccedilatildeo de um material soacutelido por meio de uma reaccedilatildeo quiacutemica com ou sem recurso a energia
externa Neste caso os substratos de prata satildeo submersos numa soluccedilatildeo contendo um agente oxidante
(por exemplo cloreto feacuterrico) produzindo assim uma fina camada de cloreto de prata ( ( 4)
Ag + + FCl3 FeCl2 + Ag ( 4 )
Em geral a deposiccedilatildeo por electroless plating de um metal envolve a deposiccedilatildeo de um
revestimento metaacutelico a partir dos seus iotildees presentes num banho aquoso sobre uma superfiacutecie atraveacutes
de uma reaccedilatildeo de reduccedilatildeo quiacutemica controlada que eacute ativada pelo metal que estaacute a ser depositado
(reduzido) [23] Os revestimentos obtidos atraveacutes da implementaccedilatildeo desta teacutecnica satildeo geralmente
uniformes duros com elevadas resistecircncias agrave corrosatildeo e ao desgaste e apresentam baixo coeficiente
de fricccedilatildeo [24][25]
Existe contudo uma enorme variedade de meacutetodos eletroquiacutemicos que permitem a
oxidaccedilatildeodeposiccedilatildeo de finas camadas de cloreto de prata tais como a deposiccedilatildeo assistida por plasma
ou por feixes de iotildees o sputtering a deposiccedilatildeo quiacutemica e a deposiccedilatildeo fiacutesica em fase de vapor etc
[25] Todavia a execuccedilatildeo destes processos envolve a utilizaccedilatildeo de equipamentos altamente
especializados em ambiente de vaacutecuo vaacuterias soluccedilotildees e um campo eleacutetrico de modo a possibilitar a
transformaccedilatildeo de energia quiacutemica em energia eleacutetrica e vice-versa Finalmente um meacutetodo tambeacutem
bastante usado eacute a sinterizaccedilatildeo de poacute de cloreto de prata sobre o substrato metaacutelico dando origem
a um revestimento espesso e poroso
15
15
25 Novo conceito de eleacutetrodo
O desenvolvimento do novo tipo de bioeleacutetrodo busca
colmatar as lacunas presentes nos eleacutetrodos disponiacuteveis
comercialmente (dos tipos huacutemido e seco) Tentando manter as
melhores carateriacutesticas de cada tipo de eleacutetrodo Para isso eacute
necessaacuterio desenvolver o eleacutetrodo com materiais condutores que
possibilitem as trocas ioacutenicas e aleacutem disso tenha a capacidade
de manter huacutemido o ponto de contacto com a pele de forma a
diminuir a impedacircncia na interface mas sem usar pastas ou gel
que sujam a pele
A hidrataccedilatildeo da pele por via externa nos ensaios a
realizar eacute feita atraveacutes da aplicaccedilatildeo de diferentes soluccedilotildees
hidratantes que se encontram embebidas numa esponja num
reservatoacuterio existente no eleacutetrodo (Figura 8) Estas soluccedilotildees tecircm a capacidade de migrar atraveacutes do
eleacutetrodo atraveacutes do efeito de capilaridade e gravidade uma vez que a base do eleacutetrodo eacute feita de
policarbonato com porosidade aberta adequada ao fenoacutemeno da capilaridade
O desenvolvimento deste bioeleacutetrodo inovador possibilita tambeacutem uma colocaccedilatildeo raacutepida
coacutemoda e segura Uma vez que estes passam a ser colocados com uma touca
Finalmente eacute tambeacutem importante referir que a forma do eleacutetrodo em multipino permitiraacute
numerosos pontos de contacto de modo a minimizar a impedacircncia do mesmo contribuindo para a
obtenccedilatildeo de melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
26 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
O ruiacutedo eacute um sinal interferente de natureza aleatoacuteria que provoca a degradaccedilatildeo de sinal
durante o seu processamento Em eletroacutenica diz respeito a quaisquer correntes ou tensotildees indesejadas
que mascaram o sinal que realmente interessa
Nos dispositivos e circuitos eletroacutenicos existem inuacutemeras fontes de ruiacutedo dai a importacircncia
na sua caraterizaccedilatildeo
Um tipo importante de ruiacutedo eacute o ruiacutedo de Johnson-Nyquist presente nos portadores de carga
e em todos os elementos com resistecircncia eleacutetrica Este tipo de ruiacutedo eacute caraterizado por uma densidade
espectral de potecircncia (do inglecircs power spectral density - PSD) uniforme e forma de onda gaussiana
[26]
O ruiacutedo de Johnson-Nyquist eacute comumente chamado ruiacutedo teacutermico e a sua tensatildeo eficaz pode
ser calculado atraveacutes da ( 5 para uma resistecircncia eleacutetrica R
Vt= radic4∙k∙T∙B∙R=radic16times1020
∙B∙R ( 5 )
Figura 8 Eleacutetrodo de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios A representa o fio de prata B a soluccedilatildeo condutora C a esponja do reservatoacuterio e D material de policarbonato de natureza porosa onde se estabelece o contacto com a pele
16
16
onde k representa a constante de Boltzmann em JK T a temperatura da resistecircncia em K B
a banda equivalente de ruiacutedo e R o valor da resistecircncia em Ohm
Para o caacutelculo da banda equivalente de ruiacutedo considera-se que o sistema tem uma funccedilatildeo de
transferecircncia do tipo 1198810
119881119894frasl = 119860(119895119891) e estaacute sujeito a uma entrada de ruiacutedo de PSD 119878119881119894
Deste modo
obtemos que o valor meacutedio da tensatildeo de ruiacutedo na saiacuteda para um amplificador seraacute
1198811198990
2 = int 119878119881119894 |A(jf)|2 partfinfin
0
( 6 )
Sendo |119860(119895119891)| usualmente uma funccedilatildeo do tipo
Figura 9 Funccedilatildeo de um filtro passa-baixos |119912(119947119943)|
Uma vez que as regiotildees sombreadas satildeo iguais pode-se simplificar o caacutelculo atraveacutes da aacuterea
de um retacircngulo com a mesma aacuterea que o quadrado da funccedilatildeo de transferecircncia Temos entatildeo que a
banda equivalente eacute dada por
B=1
|A0|2int |A(jf)|2 partf
infin
0
( 7 )
Outro tipo de ruiacutedo presente nos equipamentos eletroacutenicos que eacute interessante estudar eacute o
ruiacutedo ldquoshotrdquo ou ruiacutedo de corrente (Ish) que como o nome indica estaacute associado agrave corrente DC que
flui atraveacutes de uma barreira de potencial e pode ser representado por
Ish= radic2∙q∙IDc∙B ( 8 )
Onde q representa a carga eletroacutenica em coulomb e IDC a corrente contiacutenua meacutedia em ampere
Finalmente outro tipo de ruiacutedo a estudar seraacute o ruiacutedo 1f ldquoflickerrdquo ou ruiacutedo de contacto (If)
que ocorre devido agraves diferenccedilas nos niacuteveis de energia eleacutetricos quando existe um contato imperfeito
entre dois materiais Este tipo de ruiacutedo pode ser calculado atraveacutes de
119868119891 = 119870 ∙ 119868119863119888 ∙ radic119861
radic119891 ( 9 )
Onde K eacute um valor constante que depende do material e da geometria
A baixas frequecircncias este ruiacutedo eacute chamado de ruiacutedo ldquo1frdquo devido agrave tendecircncia caracteriacutestica
de decrescimento com a frequecircncia Eacute importante notar que a magnitude do ruido ldquoflickerrdquo pode ser
17
17
muito grande para pequenas frequecircncias o que leva a que seja a forma de ruiacutedo predominante em
circuitos de baixa frequecircncia
Considerando o ruiacutedo total como adiccedilatildeo das contribuiccedilotildees dos vaacuterios tipos de ruiacutedo na
configuraccedilatildeo eleacutetrica adotada para um amplificador pode-se considerar que o ruiacutedo na entrada segue
a representaccedilatildeo da Figura 10 da qual eacute possiacutevel retirar que
1198681198992 =
1198811198991199052 minus 119881119899
2 minus 1198811199052
1198771199042 ( 10 )
Na praacutetica In pode ser calculado atraveacutes da PSD do ruiacutedo total obtido com uma resistecircncia
elevada de modo a que 1198811198990≫ 119860radic119881119899
2 ∙ 1198811199052 e que Vn eacute a PSD do sistema com a entrada em curto circuito
Figura 10 Circuito representativo dos componentes do ruiacutedo do amplificador na entrada segundo o modelo Vn-In
No corpo humano a captaccedilatildeo dos biopotenciais no escalpe estaacute sujeita agrave presenccedila de ruiacutedo
eleacutetrico intriacutenseco indesejado na interface eleacutetrodogelpele que faz com que o processo de deteccedilatildeo
e anaacutelise dos sinais bioloacutegicos reais seja mais complicado Eacute necessaacuterio por isso caracterizar e
conhecer a magnitude e origem destas flutuaccedilotildees de modo a caraterizar a qualidade dos eleacutetrodos
desenvolvidos
O ruiacutedo eleacutetrodo-pele pode estar ligado agrave interface entre o eleacutetrodo e o eletroacutelito ou entatildeo
agrave interface eletroacutelito-pele No primeiro caso esta situaccedilatildeo pode ser mensurada atraveacutes da colocaccedilatildeo
de eleacutetrodos do mesmo tipo um contra o outro Por outro lado o ruiacutedo produzido pela interface
eletroacutelito-pele deve ser mensurado de uma forma indireta atraveacutes do contacto direto entre o eleacutetrodo
e a pele Nesta situaccedilatildeo o ruiacutedo eacute tipicamente mais elevado do que o que se obteacutem na interface
eleacutetrodo-eletroacutelito [3] Uma vez que os resultados obtidos nestes ensaios dependem diretamente do
estado da pele eacute importante garantir um tratamento preacutevio adequado
18
18
261 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio do tempo RMS e Deriva do potencial
A raiz do valor quadraacutetico meacutedio RMS (do inglecircs root mean square) ou valor eficaz eacute uma
medida estatiacutestica da magnitude de uma quantidade variaacutevel que pode ser calculada atraveacutes da
expressatildeo
120600119877119872119878 = radic1
119873 sum120600119894
2
119873
119894=1
= radic1206001
2 + 12060022 + ⋯+ 120600119873
2
119873 ( 11 )
Nos sinais a estudar satildeo calculados os valores RMS da parte alternada do sinal em intervalos
de tempo sucessivos Destes valores eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees acerca da evoluccedilatildeo temporal do
sinal assim como a quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo
Por outro lado a deriva do potencial eacute calculada recorrendo agrave primeira derivada do sinal nos
diferentes pontos pela componente contiacutenua do sinal sendo portanto de natureza lenta Eacute possiacutevel
por isso analisar a deriva do potencial e o tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema atraveacutes do recurso desde
caacutelculo
262 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio das frequecircncias Densidade espectral
A densidade espectral de potecircncia PSD eacute definida pela transformada de Fourier da funccedilatildeo
de autocorrelaccedilatildeo (Rxx (120591)) de um processo estacionaacuterio ou seja
Teorema de Wiener-Khintchine 119878119909(119891) = F[Rxx(120591)]= int Rxx(120591)119890minus 1198952120587119891120591119889120591infin
minusinfin
( 12 )
Por outras palavras a PSD descreve a distribuiccedilatildeo da variacircncia de um processo aleatoacuterio no
domiacutenio da frequecircncia [27][28]
No Matlab esta estimaccedilatildeo eacute feita atraveacutes da funccedilatildeo pwelch jaacute implementada esta segue o
meacutetodo Welch para o caacutelculo da PSD Este meacutetodo eacute baseado no conceito de utilizaccedilatildeo de
periodogramas de estimaccedilatildeo espectral que satildeo o resultado da conversatildeo de um sinal no domiacutenio
temporal para o domiacutenio da frequecircncia [29] Para isso o meacutetodo Welch segue o fundamento do
meacutetodo Bartlett contudo permite a sobreposiccedilatildeo de segmentos [30]
O meacutetodo Bartlett consiste primeiramente na divisatildeo do segmento original de N amostras em
K segmentos de comprimento M Para cada segmento eacute obtido o periodograma calculado atraveacutes da
transformada discreta de Fourier de seguida eacute calculado o quadrado do resultado e dividido por M
Finalmente eacute feita a meacutedia do resultado dos periodogramas para todos os segmentos de K amostras
resultando num uacutenico vetor de potenciais em funccedilatildeo da frequecircncia Ou seja a reparticcedilatildeo da potecircncia
ao longo do espetro [28]
19
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27 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo da impedacircncia
Um sistema eletroquiacutemico eacute aquele onde haacute a presenccedila de pelo menos uma fase condutora
eletroacutenica (eleacutetrodo) em contato direto com uma fase condutora ioacutenica (eletroacutelito) as quais originam
a interface eleacutetrodo-eletroacutelito onde se forma duma dupla camada eleacutetrica
A mediccedilatildeo da impedacircncia eletroquiacutemica em modo potenciostaacutetico eacute feita atraveacutes da
aplicaccedilatildeo de um sinal de potencial eleacutetrico sinusoidal 119881(119905) com cerca de 5 a 20 mV numa ceacutelula
eletroquiacutemica Satildeo medidas a resposta na forma de corrente eleacutetrica 119868(119905) e diferenccedila de fase entre
o sinal de potencial e o sinal da corrente [31] Ao medir a corrente alternada que atravessa a ceacutelula
eletroquiacutemica obtemos a impedacircncia Z da forma convencional 119885 = 119881119868 [32] Refira-se que a obtenccedilatildeo
da impedacircncia pode igualmente ser feita impondo uma perturbaccedilatildeo de corrente e medindo o
potencial A impedacircncia do eleacutetrodo reflete entatildeo a capacidade do eleacutetrodo para transferir carga a
determinada frequecircncia [32][33]
Deste modo tem-se se os valores da tensatildeo alternada V(t) e da intensidade I(t) forem
representados por
V(t)=V0∙ cos ωt
( 13 )
I(t)=I0∙ cos (ωt+φ) ( 14 )
No qual V0 representa a amplitude de pico do sinal 120596 a frequecircncia angular (120596 = 2120587119891) I0 a
amplitude do sinal de corrente e 120593 a diferenccedila de fase entre os dois sinais
Pela equaccedilatildeo de Euler
eiφ= cos φ +j sin φ ( 15 )
temos entatildeo que se φ=120596119905
V(t)= V0∙Re(ejωt) ( 16 )
representando essa tensatildeo alternada como uma parte real de uma grandeza complexa
temos que V(t) eacute equivalente a
V(t)=V0∙Re(119888119900119904120596119905 + 119895 ∙ 119904119894119899 120596119905) ( 17 )
Por outro lado atendendo agrave Equaccedilatildeo de Euler acima descrita a corrente eleacutetrica gerada
por um elemento de circuito em resposta a uma tensatildeo alternada pode ser escrita como
I(t)=I0∙Re(119890(120596119905+120593))
( 18 )
Deste modo a impedacircncia fica
Z(ω)=Z0∙ejφ
( 19 )
e aplicando a equaccedilatildeo de Euler
Z(ω)=Z ( cos φ + j sin φ ) ( 20 )
20
20
Obtemos uma equaccedilatildeo composta de uma parte real e uma parte imaginaacuteria possibilitando
assim a sua representaccedilatildeo num plano cartesiano onde a parte real corresponderaacute ao eixo das abcissas
e a parte imaginaria ao eixo das ordenadas (Diagrama de Nyquist)
Pode-se tambeacutem representar a impedacircncia como um vetor no plano complexo
Z (ω)=Re[Z(ω)]i +Im[Z(ω)]j ( 21 )
E se Z0 for o moacutedulo da impedacircncia a parte real de 119885(120596) escreve-se
Z=Z0∙ cos φ
( 22 )
sendo a parte imaginaacuteria representada por
Z=Z0∙ sin φ
( 23 )
que segundo a representaccedilatildeo de Fresnel corresponde a
Z(ω)=Z+ j Z
( 24 )
ou seja
1198850=|Z(ω)|=radicZ2+ Z
2 ( 25 )
e
tan φ = Z
Zfrasl ( 26 )
Os diagramas de Nyquist satildeo uacuteteis para reconhecer o tipo de processo envolvido Os diagramas
de Bode por outro lado mostram a dependecircncia direta do acircngulo de fase com a frequecircncia Este
uacuteltimo eacute particularmente interessante em escalas de frequecircncia muito diferentes uma vez que eacute
frequentemente representado atraveacutes da escala logariacutetmica portanto os resultados nos capiacutetulos
subsequentes seratildeo apresentados neste formato
21
21
A teacutecnica de Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica (do inglecircs Electrochemical
Impedance Spectroscopy - EIS) fornece uma visatildeo completa e detalhada das caracteriacutesticas eleacutetricas
da interface eleacutetrodo-eletroacutelito quando efetuada
numa gama suficientemente largada de frequecircncias
Na Figura 11 estaacute representado um esquema da
montagem experimental para mediccedilatildeo da
impedacircncia As reaccedilotildees eletroquiacutemicas satildeo em
essecircncia reaccedilotildees quiacutemicas em que ocorrem
transferecircncia de eletrotildees para um eleacutetrodo e como
regra ocorrem de acordo com princiacutepios quiacutemicos
gerais Haacute contudo certas caracteriacutesticas das
reaccedilotildees eletroquiacutemicas que satildeo uacutenicas Algumas
delas envolvem a transferecircncia de eletrotildees atraveacutes
de uma interface (reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo) o
que acarreta uma dependecircncia com as dimensotildees e
aacuterea do eleacutetrodo assim como tambeacutem das
propriedades da interface com o eleacutetrodo
Eacute habitual que os eleacutetrodos de AgAgCl apresentem potenciais relativamente baixos e
estaacuteveis Portanto a deposiccedilatildeo da camada de AgCl estabilizaraacute o potencial do eleacutetrodo e reduziraacute os
niacuteveis de impedacircncia Eacute de salientar que impedacircncias aceitaacuteveis para os eleacutetrodos de superfiacutecie devem
encontrar-se abaixo dos 5 k uma vez que quanto maior a impedacircncia maior seraacute a resistecircncia do
eleacutetrodo agrave passagem de corrente No entanto valores de 10 k ou mesmo 40 K ainda satildeo
considerados aceitaacuteveis dependendo dos autores [34][35]
Figura 11 Esquema representativo do ensaio potenciostaacutetico para mediccedilatildeo da impedacircncia
22
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23
23
Capiacutetulo 3 Materiais e meacutetodos
Materiais e meacutetodos
31 Preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes
Na preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes dissolveu-se cloreto de soacutedio (NaCl) em aacutegua
adicionando de seguida um tensioativo (tweencopy-80) e um humectante (propilenoglicol) As
concentraccedilotildees destes componentes variaram nas 3 soluccedilotildees conforme referido na Tabela 2 Conveacutem
referir que cada componente foi dissolvido em constante e contiacutenua agitaccedilatildeo numa placa de
agitaccedilatildeo tendo-se misturado primeiro o propilenogicol com o tweencopy e soacute depois com os restantes
compostos
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas
COMPONENTE INFORMACcedilAtildeO DO COMPONENTE SOLUCcedilAtildeO
1 2 3
NaCl (mV) VWR-BDH Prolabo Lote 27810295
09 09 09
Tweencopy-80 (VV) Acofarma
Lote 130287 3 3 5
Propilenoglicol(VV) Acofarma
Lote 131337 10 30 30
Aacutegua (VV) - qbp 100 qbp 100 qbp 100
A biocompatibilidade das mateacuterias-primas empregues para a obtenccedilatildeo das soluccedilotildees torna este
novo conceito de eleacutetrodo uma alternativa promissora para utilizaccedilatildeo cliacutenica Esta biocompatibilidade
estaacute inversamente relacionada com a concentraccedilatildeo de cloretos de soacutedio ou seja quanto menor a
concentraccedilatildeo tanto maior a biocompatibilidade das soluccedilotildees Por esse motivo as soluccedilotildees
desenvolvidas contavam com pequenas concentraccedilotildees de sais de modo a ser o mais semelhante
possiacutevel aos componentes ioacutenicos da proacutepria pele humana
24
24
32 Produccedilatildeo dos novos eleacutetrodos
321 Produccedilatildeo da estrutura porosa de policarbonato
A produccedilatildeo da estrutura porosa (wicks) foi realizada atraveacutes da sinterizaccedilatildeo de poacutes de
policarbonato (PC)
No que diz respeito ao processo de fabrico propriamente
dito o primeiro passo consistiu na moagem da mateacuteria-prima
(policarbonato) de seguida estas partiacuteculas foram sinterizadas
atraveacutes de um equipamento designado por cilindro de sinterizaccedilatildeo
Este cilindro foi aquecido a uma temperatura de asymp170degC e atingida
esta gama de temperaturas colocaram-se as partiacuteculas no molde
ldquoWickrdquo com as dimensotildees apresentadas na Figura 12 que se
encontrava dentro do cilindro central Procedeu-se
imediatamente ao encaixe do pistatildeo no cilindro central Para
finalizar mergulhou-se em aacutegua fria o cilindro central contendo o
molde deixando de seguida secar agrave temperatura ambiente [36]
322 Preparaccedilatildeo dos eleacutetrodos de pratacloreto de prata
Para a deposiccedilatildeo da camada de cloreto de prata nos fios de prata recorreu-se a uma teacutecnica
de deposiccedilatildeo quiacutemica Para isso os fios de prata (Ag) (diacircmetro = 250 miacutecron 9999 Goodfellow
Cambridge) foram oxidados com uma soluccedilatildeo de cloreto de ferro (III) (MERCK Lote 7705-08-0) apoacutes
um preacute-tratamento que permitiu a remoccedilatildeo de impurezas e sujidades presentes na superfiacutecie dos fios
Este preacute-tratamento consistiu na limpeza da superfiacutecie dos fios com 2-propanol e posterior imersatildeo
dos mesmos numa tina de ultrassons com 2-propanol durante 10 minutos De seguida mergulharam-
se os fios de prata em aacutegua destilada de forma a remover todo o 2-propanol presente Finalmente
o processo de oxidaccedilatildeo consistiu em submergir os fios de prata numa soluccedilatildeo aquosa de FeCl3 50 mM
durante 2 minutos ao finalizar este periacuteodo foram armazenados durante 24h num recipiente revestido
com folha de alumiacutenio que possuiacutea uma soluccedilatildeo de HCl 01M para estabilizaccedilatildeo Os fios que natildeo foram
utilizados imediatamente foram armazenados num recipiente revestido com folha de alumiacutenio com
uma soluccedilatildeo de HCl 0005M O comprimento de cada fio de prata eacute aproximadamente de 8 cm
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato
25
25
323 Montagem dos eleacutetrodos
Apoacutes o fabrico da estrutura porosa e da preparaccedilatildeo dos
fios de prata procedeu-se agrave montagem dos eleacutetrodos para isso
cortaram-se pequenas porccedilotildees de uma esponja em poliuretano
com configuraccedilatildeo ciliacutendrica e um diacircmetro semelhante ao da
parte superior da estrutura porosa De seguida atravessou-se esta
esponja com o fio de prata e inseriu-se o conjunto ldquoesponja +
arame de pratardquo dentro de um orifiacutecio superior que a estrutura
porosa possui Finalmente incorporou-se esta estrutura dentro de
um tubo de PVC de modo a atingir a configuraccedilatildeo apresentada na
Figura 13
33 Preparaccedilatildeo dos ensaios
Antes do iniacutecio dos ensaios os eleacutetrodos foram previamente lavados com 2-propanol e
colocados na estufa de modo a evaporar os resiacuteduos do aacutelcool Posteriormente foi aplicada a soluccedilatildeo
hidratante que se pretendia estudar de modo a que a esponja ficasse completamente embebida Desta
forma por uma parte os novos eleacutetrodos em estudo foram testados recorrendo agraves soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 e por outra os eleacutetrodos que serviram como controlo (eleacutetrodo de AgAgCl
(BIO EASYCAP GmbH Alemanha)) utilizaram o gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) Foram tambeacutem utilizados eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) como referecircncia
Para os estudos eletroquiacutemicos incorporaram-se os eleacutetrodos numa montagem constituiacuteda por
um potenciostatogalvanostato Gamry G-300 (Gamry Instruments USA) De modo a diminuir o ruiacutedo
eletroacutenico os ensaios foram todos realizados dentro de uma Gaiola de Faraday Eacute importante referir
que uma vez o nosso sistema de aquisiccedilatildeo de dados era ldquoearth groundedrdquo seguiu-se a sugestatildeo da
bula do Gamry e optou-se unicamente por ligar o ldquofloating groundrdquo agrave gaiola
34 Condiccedilotildees dos ensaios
A primeira parte do trabalho foi desenvolvida laquoIn vitroraquo com eleacutetrodos multipino foi feito
entatildeo um estudo do ruido eletroquiacutemico entre eleacutetrodos do mesmo tipo nas diferentes soluccedilotildees
referidas na Tabela 2 De seguida realizou-se um estudo das impedacircncias dos novos eleacutetrodos nas
diferentes soluccedilotildees seguidos por um estudo de controlo realizado nas mesmas condiccedilotildees com o
eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente e o correspondente gel hidratante Estes ensaios foram
reproduzidos 3 vezes uma vez que em estudos anteriores jaacute se tinha verificado uma boa
reprodutibilidade dos ensaios
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios
26
26
Na segunda fase dos estudos realizou-se uma avaliaccedilatildeo do ruido da impedacircncia vs frequecircncia
laquoIn vivoraquo com as diferentes soluccedilotildees Estes ensaios foram realizados em 8 voluntaacuterios saudaacuteveis 6 do
sexo feminino e 2 do masculino Deste modo consegue-se escolher uma soluccedilatildeo para avanccedilar ao
estaacutegio seguinte que consistia na mediccedilatildeo e comparaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos obtidos tanto
com os eleacutetrodos de controlo como com os eleacutetrodos multipino porosos com a soluccedilatildeo hidratante mais
adequada Os resultados foram obtidos com a participaccedilatildeo de 2 voluntaacuterios saudaacuteveis de ambos sexos
341 Ensaios laquoIn vitroraquo
3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito
Nos ensaios de ruiacutedo eletroquiacutemico apenas foram utilizados eleacutetrodos multipino porosos
Fig14 (b) sendo um ligado ao terminal do eleacutetrodo de trabalho e o outro ao terminal do eleacutetrodo de
referecircncia A distacircncia entre os eleacutetrodos foi controlada durante o decorrer dos ensaios optando-se
por uma distacircncia de 3 cm entre os dois eleacutetrodos Foi tambeacutem realizada uma montagem de controlo
nas mesmas condiccedilotildees contudo esta era constituiacuteda por dois eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel
Electro-Cap International Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA)
Estabelecida a montagem do sistema eletroacutenico procedeu-se agrave mediccedilatildeo do ruiacutedo eleacutetrico em
circuito aberto para isso recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software ldquoESA410 Data Acquisitionrdquo da Gamry
um software projetado especificamente para a aquisiccedilatildeo e anaacutelise de sinais de ruiacutedo eletroquiacutemico
[37] Para aquisiccedilatildeo dos dados o ESA410trade associa-se ao potenciostato Gamry que faz aquisiccedilatildeo dos
dados em modo potenciostaacutetico a recolha dos dados eacute feita em circuito aberto O teste para cada
eleacutetrodo foi realizado ao longo de 12 minutos com uma taxa de amostragem constante de 1000 Hz
ao longo de todo o teste e um filtro de 10 A frequecircncia de amostragem foi escolhida tendo em conta
o Teorema de Nyquist que afirma que a frequecircncia de amostragem de um sinal analoacutegico para que
possa posteriormente ser reconstituiacutedo com o miacutenimo de perda de informaccedilatildeo deve ser igual ou maior
a duas vezes a maior frequecircncia do espectro desse sinal 119861 le119891119904
2 Por outras palavras a frequecircncia
maacutexima do sinal de entrada deveraacute ser menor ou igual a metade da taxa de amostragem [38] Para
que isto seja conseguido o sistema incorpora um filtro passa-baixo ldquoanti-aliasrdquo (deixa passar baixas
frequecircncias mas atenua as frequecircncias maiores do que a frequecircncia de Nyquist) [39]
3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito
Na montagem eletroacutenica dos ensaios de impedacircncia o contra eleacutetrodo era representado por
um eleacutetrodo comercial de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) o eleacutetrodo de trabalho um
eleacutetrodo poroso multipino (cada ensaio com as suas diferentes soluccedilotildees) e o eleacutetrodo de referecircncia
um eleacutetrodo de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) Fig14 (a) Optou-se tambeacutem pela
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27
implementaccedilatildeo de um controlo com eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap International
Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap International Inc USA)
A obtenccedilatildeo dos dados eacute feita atraveacutes da teacutecnica de espectroscopia de impedacircncia
eletroquiacutemica em modo potenciostaacuteticordquo presente no software EIS300TM da Gamry neste modo de
funcionamento eacute aquirido um espectro de impedacircncia ao longo do intervalo de frequecircncias de 10 kHz
ateacute 01 Hz com uma tensatildeo AC aplicada (5 mV RMS) da tensatildeo de desvio DC (0 V vs circuito aberto)
e representados 3 pontos por deacutecada
(a) (b)
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo
342 Ensaios laquoIn vivoraquo
3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele
De modo a mensurar o ruiacutedo
causado pela interface entre o eletroacutelito e
a pele procedeu-se agrave montagem de um
sistema semelhante ao utilizado nos
ensaios do ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito dentro
de uma gaiola de Faraday contudo estes
ensaios foram realizados laquoIn vivoraquo
procedendo-se agrave colocaccedilatildeo dos dois
eleacutetrodos na zona anterior da tiacutebia com
um espaccedilo entre eles de 3 cm (Figura 15)
apoacutes a superfiacutecie da pele ter sido limpa
com etanol a 70
A montagem contava com um sistema de seguranccedila inserido em seacuterie no sistema de mediccedilatildeo
e que corta a corrente se esta for superior a 100 microA
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
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28
A mediccedilatildeo do ruido foi feita tendo em conta o tipo de eleacutetrodo tendo-se para isso optado por
fazer as mediccedilotildees com eleacutetrodos do mesmo tipo ou seja num primeiro ensaio mensurou-se o ruido
entre 2 eleacutetrodos de pratacloreto de prata com o respetivo gel hidratante e numa segunda
abordagem optou-se por mensurar o ruido entre dois dos eleacutetrodos porosos com as diferentes soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 Contudo foi controlada a pressatildeo da banda que fixava os eleacutetrodos porosos
agrave tiacutebia sendo estipulado o valor da pressatildeo no intervalo de 15N a 2N
Neste ensaio o primeiro eleacutetrodo encontra-se ligado aos terminais dos eleacutetrodos de trabalho
o segundo ao terminal da referecircncia e o cabo do ground foi ligado agrave gaiola
Os paracircmetros dos ensaios foram os mesmos que os utilizados para a mediccedilatildeo do ruido
eleacutetrodo-eletroacutelito apresentados na secccedilatildeo 3411 contudo o tempo de aquisiccedilatildeo de sinal foi
reduzido a 5 minutos de modo a minorar o tempo de exposiccedilatildeo dos voluntaacuterios aos exames
3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele
laquoIn vivoraquo estes ensaios foram feitos logo
apoacutes a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico portanto a
superfiacutecie da pele se encontrava limpa e a
colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos obedecia agrave regra dos 3 cm
de distacircncia entre eleacutetrodos e 15-2N de pressatildeo
Para a mediccedilatildeo da impedacircncia eacute utilizada uma
configuraccedilatildeo diferente como referido no capitulo
33 Satildeo portanto utilizados 2 eleacutetrodos
comerciais de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH
Alemanha) um como referecircncia e outro como
contra eleacutetrodo e o eleacutetrodo em estudo
propiamente dito seja este o comercial (controlo)
ou o novo eleacutetrodo (Figura 16)
Os resultados obtidos para as diferentes
frequecircncias aleacutem de poderem ser representados
pelo diagrama de Nyquist como referido anteriormente podem tambeacutem ser representados num
Diagrama de Bode Neste diagrama a distribuiccedilatildeo dos valores de impedacircncia por vaacuterias ordens de
grandeza eacute representada em coordenadas polares (magnitude log|119885| em funccedilatildeo de log120596 )
3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos primariamente limpou-se a superfiacutecie do
escalpe com aacutelcool a 70 de modo a minimizar a camada gordurosa da pele De seguida procedeu-se
agrave colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos Foram colocados dois eleacutetrodos de AgAgCl (comerciais) um de forma a
servir como controlo (posiccedilatildeo O2) e outro em curto-circuito com o ground e a referecircncia (posiccedilatildeo
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino
durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia
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Fp2) O eleacutetrodo poroso em estudo colocou-se a cerca de 3 cm do eleacutetrodo de AgAgCl posiccedilatildeo O2
de modo a captar o mesmo sinal que o obtido pelo eleacutetrodo de controlo (Figura 17)
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos
35 Implementaccedilatildeo em Matlab
Apoacutes a importaccedilatildeo do ficheiro obtido nos ensaios de ruiacutedo para o Matlab foi criado um filtro
Butterworth de ordem 20 de 05 ateacute 40 Hz atraveacutes da funccedilatildeo jaacute implementada pelo Matlab
ldquofdesignbandpassrdquo De seguida eacute aplicado o filtro duas vezes A primeira desde o primeiro ponto ateacute
o uacuteltimo e o segundo na ordem inversa Deste modo consegue-se natildeo soacute uma filtragem dupla mas
tambeacutem o cancelamento da fase dos filtros Assim efetivamente o filtro utilizado eacute de ordem 40 de
fase nula
De seguida eacute dividido o ensaio em segmentos de 30 segundos rejeitando os primeiros 10
segundos do ensaio Para cada segmento natildeo sobreposto eacute calculado o valor RMS da tensatildeo a
densidade espectral de potecircncia atraveacutes da estimaccedilatildeo pwelch do Matlab e o declive meacutedio (primeira
derivada do sinal) Contudo no final eacute calculada tambeacutem a densidade espectral de potecircncia global
que eacute expressa em dB
30
30
31
31
Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos
Resultados obtidos e discussatildeo
41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo
411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos
eleacutetrodos
Neste estudo eacute de extrema relevacircncia a eleiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante a utilizar Para isso
recorreu-se agrave realizaccedilatildeo de vaacuterios ensaios que possibilitassem uma avaliaccedilatildeo objetiva da resposta do
sistema Efetuou-se entatildeo primeiro uma anaacutelise do ruiacutedo ao longo de 12 minutos com os eleacutetrodos
multipino nas diferentes soluccedilotildees (um medido contra o outro) e a respetiva referecircncia de seguida
realizou-se um ensaio para mensurar a resistecircncia agrave passagem de corrente com os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees e a respetiva referecircncia
Assim sendo a Figura 18 revela a impedacircncia dos eleacutetrodos nas diferentes soluccedilotildees testadas
Nesta pode-se observar que a soluccedilatildeo 1 apresenta niacuteveis de impedacircncia ligeiramente mais baixos que
as restantes soluccedilotildees Contudo os seus niacuteveis encontram-se uma deacutecada acima dos valores obtidos
pelo eleacutetrodo e AgAgCl utilizado comercialmente com o respetivo gel hidratante Observa-se ainda
que os desvios padratildeo satildeo tatildeo baixos que quase natildeo satildeo percetiacuteveis o que significa que os ensaios satildeo
bastante reprodutiacuteveis Eacute tambeacutem importante notar que ao longo de todas as frequecircncias testadas
os valores de impedacircncia aleacutem de se encontrarem todos abaixo dos valores maacuteximos permitidos (20-
40 k) [35] encontram-se ainda abaixo dos 5 k referidos como valores de impedacircncia ideal por vaacuterios
fornecedores [40][41] o que eacute de extrema relevacircncia nos passos subsequentes de aquisiccedilatildeo do sinal
uma vez que eacute indispensaacutevel ter baixos niacuteveis de impedacircncia para conseguir captar ondas cerebrais
32
32
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Foram ainda feitas mediccedilotildees de ruiacutedo nas mesmas condiccedilotildees Realizando-se de seguida uma
anaacutelise no domiacutenio temporal e outra no domiacutenio das frequecircncias Para isso como foi referido no
capitulo 35 recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software Matlab A primeira anaacutelise eacute feita no domiacutenio
temporal (Figura 19 (a)) sob a forma de um graacutefico da tensatildeo meacutedia (RMS) em funccedilatildeo do tempo que
eacute obtida apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa-alto de modo a retirar a componente DC do sinal e assim
obter um sinal de ruiacutedo para altas frequecircncias que seraacute representado em periacuteodos de 30 segundos
Deste modo eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees da quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo de
estabilizaccedilatildeo do eleacutetrodo O que se observa eacute que os niacuteveis de ruiacutedo ao longo do tempo variam entre
185 microV ateacute 2 microV o que equivale a uma variaccedilatildeo maacutexima de 015 microV tanto para os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees como para o eleacutetrodo de AgAgCl no respetivo gel hidratante Observa-se
ainda que aleacutem das pequenas variaccedilotildees ao longo do tempo o desvio padratildeo para todas as soluccedilotildees eacute
muito semelhante sugerindo que natildeo haacute diferenccedilas significativas a niacutevel das soluccedilotildees implementadas
Eacute ainda de salientar que natildeo se observa nenhuma evoluccedilatildeo de ruiacutedo ao longo do tempo o que sugere
uma estabilizaccedilatildeo do sistema muito raacutepida A segunda anaacutelise no domiacutenio temporal corresponde ao
declive meacutedio (Figura 19 (b)) foi realizada recorrendo agrave primeira derivada do sinal em DC obtido a
cada 30 segundos Deste graacutefico eacute possiacutevel retirar informaccedilatildeo referente agrave deriva do potencial e ao
tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema Assim recorrendo agrave sua visualizaccedilatildeo observa-se que a
estabilizaccedilatildeo eacute feita de forma semelhante para todas as soluccedilotildees Contudo a soluccedilatildeo 3 apresenta
menos variaccedilotildees ao longo do tempo valores mais proacuteximos de zero e maior reprodutibilidade entre
ensaios Finalmente o teste de controlo efetuado com os eleacutetrodos comerciais de AgAgCl no gel
aparentam ser ligeiramente menos estaacuteveis contudo os valores se encontram na mesma gama de
tensotildees
33
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Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Para concluir realizou-se uma anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias para isso recorreu-se ao
graacutefico da densidade espectral de tensatildeo (Figura 20) Nele observa-se que os resultados do ruiacutedo do
sinal aumentam com a diminuiccedilatildeo das frequecircncias numa proporccedilatildeo 119903119906iacute119889119900 ~ 1 119891119903119890119902119906ecirc119899119888119894119886frasl
confirmando os estudos feitos por E Huigen em 2002 [20] No entanto estes tendem a estabilizar a
partir dos 10 Hz em valores proacuteximos dos -238 dB Eacute de referir que a para frequecircncias elevadas o
sinal de ruiacutedo eacute determinado pelo ruiacutedo do amplificador e natildeo pelo ruiacutedo da interface metal-eletroacutelito
uma vez que este eacute significativamente menor do que o ruiacutedo do amplificador impedindo assim a sua
mediccedilatildeo mesmo com equipamentos de baixo ruiacutedo [20]
34
34
Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
35
35
a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
36
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Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
37
37
Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
38
38
Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
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39
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
40
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
41
41
Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
42
42
Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
43
43
Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
44
44
VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
45
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Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
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Anexos
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22 Aquisiccedilatildeo do sinal
Eacute impossiacutevel medir a atividade eleacutetrica gerada por um uacutenico neuroacutenio contudo a aquisiccedilatildeo do
sinal electroencefalograacutefico soacute eacute possiacutevel graccedilas agrave emissatildeo parcialmente sincronizada do impulso
nervoso numa parte significativa do coacutertex cerebral Deste modo o EEG reflete o somatoacuterio da
atividade siacutencrona de milhares de neuroacutenios com uma orientaccedilatildeo espacial semelhante assessorando
assim a aquisiccedilatildeo de um sinal reprodutiacutevel e mensuraacutevel que possibilita uma interpretaccedilatildeo fidedigna
[16]
Esta teacutecnica permite o registo da atividade eleacutetrica do ceacuterebro Eacute um procedimento raacutepido
simples e indolor no qual os impulsos eleacutetricos do ceacuterebro satildeo amplificados e registrados em papel
atraveacutes de um galvanoacutemetro ou em formato digital O seu interesse prende-se natildeo soacute com os baixos
custos da teacutecnica como tambeacutem com a obtenccedilatildeo em tempo real destes sinais de modo a conseguir
diagnosticar eventuais anomalias
A EEG quando comparada com outras teacutecnicas como por exemplo o eletrocardiograma (ECG)
apresenta uma maior dificuldade na obtenccedilatildeo dos dados uma vez que a tensatildeo a captar eacute de muito
menor amplitude os sinais por vezes encontram-se na regiatildeo do ruiacutedo eleacutetrico e aleacutem disso os
amplificadores comuns natildeo fornecem uma banda de funcionamento que consiga amplificar o sinal de
forma eficaz o que exige a utilizaccedilatildeo de amplificadores especialmente desenhados [6] Contudo
estas limitaccedilotildees natildeo impediram o avanccedilo desta tecnologia Ao longo do tempo as teacutecnicas de obtenccedilatildeo
dos dados foram-se aprimorando tendo chegado na fase de maturidade agrave arquitetura ilustrada na
Figura 4 em que a saiacuteda eacute representada em papel desenhada por canetas conduzidas por mecanismos
controlados por galvanoacutemetros Hoje em dia os sistemas evoluiacuteram sobretudo na parte final atraveacutes
da digitalizaccedilatildeo dos sinais filtrados e seu armazenamento num dispositivo digital Desta forma torna-
se muito mais flexiacutevel a fase de visualizaccedilatildeo dos sinais que eacute feita em monitores graacuteficos de
computador bem como a fase de armazenamento e arquivo e criaccedilatildeo de fichas de exame A
digitalizaccedilatildeo permite o processamento digital dos sinais a fim principalmente de os caracterizar do
ponto de vista morfoloacutegico e assim contribuir para a classificaccedilatildeo do ponto de vista cliacutenico
Figura 4 Diagrama de blocos representativo de um sistema para aquisiccedilatildeo de sinais
eletroencefalograacuteficos
A EEG eacute realizada atraveacutes da colocaccedilatildeo de eleacutetrodos no couro cabeludo obedecendo o
posicionamento dos mesmos a regras especiacuteficas pois a sua localizaccedilatildeo influencia os sinais captados
10
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De modo a facilitar a comparaccedilatildeo dos resultados eacute habitualmente utilizado um sistema se
colocaccedilatildeo padratildeo chamado 10-20 (Figura 5) Segundo este padratildeo os locais onde os eleacutetrodos satildeo
colocados satildeo denominados por letras de acordo com as aacutereas cerebrais adjacentes seguidas de um
nuacutemero impar se o eleacutetrodo se encontrar no lado esquerdo da cabeccedila ou par se for no lado direito
[6]
Apoacutes a obtenccedilatildeo do sinal contiacutenuo de EEG eacute
possiacutevel distinguir vaacuterios tipos de ondas de acordo
com a sua amplitude e frequecircncia A amplitude das
ondas pode ir ateacute aos 200 μV e a frequecircncia ateacute 30Hz
A Figura 6 representa os diferentes tipos de ondas
As ondas delta satildeo ondas da mais baixa frequecircncia
e amplitudes elevadas que ocorrem em momentos do
sono profundo por outro lado as ondas teta
encontram-se na gama de frequecircncias de 4-7 Hz
contudo
continuam a apresentar grandes amplitudes e ocorrem
em estaacutegios de meditaccedilatildeo e relaxamento profundo as
ondas alfa apresentam por sua vez amplitudes meacutedias
e frequecircncias compreendidas entre os 8 e os 13 Hz
correspondendo a estados mentais relaxados no sono
Finalmente as ondas beta satildeo as de mais elevada
frequecircncia (gt13 Hz) com amplitudes de cerca de 10 μV
e ocorrem quando existe um estimulo visual ou no estado
normal de vigiacutelia [6]
221 Eleacutetrodos
Os eleacutetrodos constituem a interface entre o escalpe e o equipamento de mediccedilatildeo No caso de um
eleacutetrodo huacutemido quando a parte metaacutelica entra em contacto com o eletroacutelito tem lugar um processo
de oxidaccedilatildeoreduccedilatildeo de iotildeesaacutetomos que daacute lugar ao aparecimento de um potencial caracteriacutestico
As propriedades fiacutesico-quiacutemicas tanto do eleacutetrodo como do eletroacutelito afetam o valor do potencial
Quando eleacutetrodos idecircnticos satildeo submersos num eletroacutelito homogeacuteneo ambos assumem o mesmo
potencial com respeito ao eletroacutelito Contudo eleacutetrodos diferentes colocados nas mesmas condiccedilotildees
apresentam potenciais diferentes [6] Deste modo eacute sensato concluir que a amplitude do potencial
depende do material de que o eleacutetrodo eacute feito Por esse motivo os eleacutetrodos utilizados na cliacutenica satildeo
comumente produzidos com prata e cloreto de prata uma vez apresentam uma resistecircncia agrave passagem
Figura 5 Sistema internacional 10-20 para
a colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos em EEG
(Adaptado de [17])
Figura 6 Representaccedilatildeo das ondas eletroencefalograacuteficas registadas durante um
exame de EEG [5]
11
11
de corrente natildeo elevada e os seus niacuteveis de impedacircncia satildeo estaacuteveis ao longo de uma ampla gama de
frequecircncias
Contudo o material natildeo eacute o uacutenico paracircmetro que varia para escolher um eleacutetrodo Dependendo
das necessidades existem tambeacutem variedades morfoloacutegicas como os eleacutetrodos invasivos e os natildeo-
invasivos
2211 Eleacutetrodos invasivos
Dentro dos eleacutetrodos invasivos (intracranianos) os mais utilizados satildeo os eleacutetrodos profundos
intracerebrais e os subdurais [13] Os primeiros consistem em eleacutetrodos em forma de agulha feitos
de material flexiacutevel com muacuteltiplos pontos de contacto para registo Satildeo ideais para o registo de
atividade em aacutereas distantes da superfiacutecie Proporcionam ainda um registo preciso da regiatildeo
volumeacutetrica adjacente a cada ponto de registo no entanto a extensatildeo da dita aacuterea eacute limitada [18]
Portanto o uso deste tipo de eleacutetrodos eacute ideal apoacutes os resultados dos exames natildeo-invasivos sugerirem
um ldquoalvordquo provaacutevel Os eleacutetrodos subdurais que podem ser do tipo placa ou tira de silicone com
muacuteltiplos contatos de registo satildeo ideais para o registo de aacutereas extensas do coacutertex [14] Contudo os
eleacutetrodos subdurais podem natildeo registar adequadamente alteraccedilotildees localizadas em profundidade
Este tipo de eleacutetrodos deve apresentar dimensotildees reduzidas de modo a que o dano provocado no
tecido cerebral seja miacutenimo Devem tambeacutem apresentar locais de aplicaccedilatildeo suficientes para recolher
potenciais de muitos neuroacutenios simultaneamente No entanto devido agrave sua natureza altamente
invasiva soacute satildeo usados em casos especiais em que o seu uso pode trazer grandes benefiacutecios para o
paciente
2212 Eleacutetrodos natildeo invasivos
O foco deste estudo centra-se nos eleacutetrodos natildeo invasivos eleacutetrodos colocados na superfiacutecie do
escalpe O contacto entre o eleacutetrodo e a pele eacute facilitado (impedacircncia reduzida) pela utilizaccedilatildeo de
gel e se for esse o caso estaacute-se perante o caso dos eleacutetrodos huacutemidos Contudo a aplicaccedilatildeo deste
gel requer uma preparaccedilatildeo preacutevia da pele que por vezes pode ser demorada suscetiacutevel de
desencadear reaccedilotildees aleacutergicas e desconfortaacutevel para o paciente [3] Surgiu entatildeo a alternativa dos
eleacutetrodos secos eleacutetrodos capazes de aquirir sinais que dispensam a utilizaccedilatildeo de soluccedilotildees todavia
como resultado da ausecircncia do gel ou pasta condutora a impedacircncia interfacial eacute muito mais elevada
tornando indispensaacutevel a integraccedilatildeo de um andar de preacute-amplificaccedilatildeo no eleacutetrodo
Procurando contornar as dificuldades de cada teacutecnica optou-se pelo desenvolvimento de um
bioeleacutetrodo inovador que dispensa a utilizaccedilatildeo de gel mas que apesar disso manteacutem um bom contacto
com a pele humidificando-a
Entre os materiais disponiacuteveis para a fabricaccedilatildeo de eleacutetrodos encontram-se o accedilo inoxidaacutevel o
ouro (Au) o oacutexido de iriacutedio (IrO2)) a prata (Ag) etc [14] tendo-se optado por utilizar um fio de
prata revestido com uma fina camada de cloreto de prata uma vez que os eleacutetrodos fabricados com
12
12
este material apresentam niacuteveis de ruiacutedo reduzidos grande estabilidade do potencial eleacutetrico na gama
de frequecircncias utilizada e uma impedacircncia interfacial baixa [14][19]
23 Interface do eleacutetrodo com a pele
A pele eacute um oacutergatildeo que cobre e protege o corpo e que se observa estar organizado em muacuteltiplas
camadas Eacute composta de trecircs camadas principais a epiderme a derme e a hipoderme cada uma
delas com carateriacutesticas estruturais especiacuteficas que levam a diferentes niacuteveis de condutividade
eleacutetrica e que podem ser representados atraveacutes de modelos baseados em componentes eleacutetricos
baacutesicos [14] Podemos entatildeo do ponto de vista eleacutetrico simular os tecidos bioloacutegicos a partir de um
circuito eleacutetrico formado por resistecircncias e condensadores dispostos em redes com seacuteries e paralelos
agindo estes como condutores ou dieleacutetricos nos quais o fluxo de corrente seguiraacute o caminho de
menor oposiccedilatildeo (Figura 7) Um exemplo ilustrativo desta situaccedilatildeo estaacute representado para o stratum
corneum a camada mais perifeacuterica da epiderme como este tecido eacute relativamente pouco condutor
apresenta uma elevada impedacircncia agrave transmissatildeo das correntes eleacutetricas [20] Assim devido agraves suas
propriedades dieleacutetricas a sua pequena espessura e o seu posicionamento entre o eleacutetrodo condutor
exterior e os tecidos subjacentes mais condutores eacute possiacutevel a sua representaccedilatildeo por meio de um
condensador de placas paralelas
Figura 7 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da interface com a pele e
o seu modelo de circuito eletroacutenico equivalente Adaptado de [14]
O valor da capacidade eleacutetrica da pele estaacute relacionado com a espessura e composiccedilatildeo da camada
coacuternea e tem um valor tiacutepico no intervalo 002-006 microFcm2 [14]
Por outro lado uma vez que alguns iotildees conseguem atravessar o stratum corneum atraveacutes dos
elementos da pele (foliacuteculos do cabelo suor canais das glacircndulas sebaacuteceas imperfeiccedilotildees da pele)
isso pode ser representado coletivamente por uma resistecircncia que seraacute colocada em paralelo com o
condensador Como as camadas subjacentes agrave epiderme satildeo relativamente condutoras representam-
se por uma resistecircncia em seacuterie adicional A presenccedila de uma elevada densidade de foliacuteculos pilosos
(que atuam como derivaccedilotildees de baixa resistecircncia) daacute origem a um valor muito baixo na resistecircncia da
13
13
pele No entanto esta observaccedilatildeo eacute contrabalanccedilada pela dificuldade em fazer contato mecacircnico e
eleacutetrico firme Em tais casos a impedacircncia da pele eacute muito elevada e por vezes eacute necessaacuterio recorrer
agrave remoccedilatildeo dos pelos antes de realizar o exame [14]
231 Hidrataccedilatildeo da pele
O processo de hidrataccedilatildeo da pele humana acontece por duas vias a interna e a externa [21] No
caso da via interna isto acontece quando os queratinoacutecitos migram atraveacutes da derme e sofrem
alteraccedilotildees significativas uma vez que paralelamente a esse processo satildeo libertados liacutepidos e o fator
de hidrataccedilatildeo natural da pele (NMF - Natural moisturizer factor) No caso dos liacutepidos estes formam
uma barreira para a perda de aacutegua e ajudam a reter a hidrataccedilatildeo natural da pele Jaacute no caso da
hidrataccedilatildeo por via externa esta acontece quando introduzimos na pele substacircncias cosmeacuteticas e
farmacecircuticas com capacidades de humedecer as camadas externas da pele para isso na produccedilatildeo
destas substacircncias satildeo utilizadas principalmente trecircs tipos de ingredientes (1) os humectantes que
Incluem a glicerina a ureia e o aacutecido carboxiacutelico da pirrolidona (PCA) que atuam atraindo a aacutegua das
camadas inferiores da derme e ajudando a manter essa aacutegua no estrato coacuterneo (2) os agentes oclusivos
que aumentam os niacuteveis de humidade proporcionando uma barreira fiacutesica para a perda de aacutegua (ceras
oacuteleos e silicones) (3) os emolientes que procuram restaurar os NMF [21]
2311 O gel para utilizaccedilatildeo com os eleacutetrodos
O gel utilizado nos eleacutetrodos serve para (1) assegurar um bom contacto eleacutetrico com a pele do
paciente (2) facilitar a transferecircncia de carga na interface eleacutetrodo-eletroacutelito e assim (3) diminuir
a impedacircncia do estrato coacuterneo [14]
Existem dois tipos de gel o gel huacutemido normalmente denominados como pasta creme ou
substacircncia gelatinosa e o hidrogel Os primeiros satildeo geralmente compostos por aacutegua um agente
espessante bactericidasfungicidas sais ioacutenicos e um surfatante O sal ioacutenico tem como finalidade
conferir condutividade eleacutetrica ao gel e diminuir a impedacircncia eleacutetrica da pele atraveacutes da sua difusatildeo
na mesma Normalmente os sais utilizados satildeo o cloreto de soacutedio (NaCl) ou de potaacutessio (KCl) uma vez
que a maior parte dos iotildees presentes na superfiacutecie da pele humana satildeo o cloreto o soacutedio e o potaacutessio
permitindo assim que elevadas concentraccedilotildees destes sais sejam melhor toleradas pelo corpo
[14][18][22] Por outro lado o hidrogel eacute um gel soacutelido que incorpora hidrocoloacuteides naturais no
entanto a utilizaccedilatildeo destes agentes naturais por vezes provoca desempenhos variaacuteveis e cores pouco
atrativas levando assim agrave utilizaccedilatildeo de hidrocoloacuteides artificiais de modo a eliminar variabilidades
indesejadas
O hidrogel tecircm tendecircncia a causar menos irritaccedilotildees na pele quando comparado com o gel huacutemido
porque o hidrogel limita-se a garantir um bom contato eleacutetrico entre a pele e o eleacutetrodo sem afetar
as propriedades do stratum corneum [14]
14
14
O hidrogel eacute eletricamente mais resistivo do que o gel no entanto esta desvantagem eacute
compensada tanto pela utilizaccedilatildeo de maiores aacutereas com hidrogel como tambeacutem pela diminuiccedilatildeo da
espessura da camada do mesmo Contudo isto natildeo eacute suficiente uma vez que o hidrogel natildeo eacute tatildeo
eficaz na hidrataccedilatildeo da pele (tem tendecircncia a absorver humidade) dando assim como resultado um
aumento na impedacircncia da pele [14]
24 Teacutecnicas de revestimento da prata com cloreto de prata
Finas camadas de um determinado metal depositado sobre um substrato desemprenham
muitas vezes uma funccedilatildeo essencial em muitos dispositivos como por exemplo nos circuitos integrados
No caso dos eleacutetrodos eacute necessaacuterio revestir os fios de prata com finas camadas de cloreto de prata
com o intuito de auxiliar a concretizaccedilatildeo das trocas ioacutenicas referidas no capiacutetulo 1 equaccedilatildeo (1) de
modo a ter-se uma transduccedilatildeo do sinal ioacutenico num sinal eleacutetrico de forma eficaz e reversiacutevel Estas
camadas devem apresentar caracteriacutesticas rigorosamente controladas A espessura a estrutura
atoacutemica e a composiccedilatildeo quiacutemica devem ser uniformes [14][18] Eacute tambeacutem importante que exista
pouca ou nenhuma contaminaccedilatildeo por outras partiacuteculas
As propriedades dos filmes satildeo altamente dependentes dos processos de deposiccedilatildeo Estes
devem ter boa aderecircncia e prover uma boa cobertura Deste modo para a preparaccedilatildeo da prata para
eleacutetrodos a teacutecnica a utilizar deve ser a deposiccedilatildeo eletroquiacutemica atraveacutes de um processo que envolve
a deposiccedilatildeo de um material soacutelido por meio de uma reaccedilatildeo quiacutemica com ou sem recurso a energia
externa Neste caso os substratos de prata satildeo submersos numa soluccedilatildeo contendo um agente oxidante
(por exemplo cloreto feacuterrico) produzindo assim uma fina camada de cloreto de prata ( ( 4)
Ag + + FCl3 FeCl2 + Ag ( 4 )
Em geral a deposiccedilatildeo por electroless plating de um metal envolve a deposiccedilatildeo de um
revestimento metaacutelico a partir dos seus iotildees presentes num banho aquoso sobre uma superfiacutecie atraveacutes
de uma reaccedilatildeo de reduccedilatildeo quiacutemica controlada que eacute ativada pelo metal que estaacute a ser depositado
(reduzido) [23] Os revestimentos obtidos atraveacutes da implementaccedilatildeo desta teacutecnica satildeo geralmente
uniformes duros com elevadas resistecircncias agrave corrosatildeo e ao desgaste e apresentam baixo coeficiente
de fricccedilatildeo [24][25]
Existe contudo uma enorme variedade de meacutetodos eletroquiacutemicos que permitem a
oxidaccedilatildeodeposiccedilatildeo de finas camadas de cloreto de prata tais como a deposiccedilatildeo assistida por plasma
ou por feixes de iotildees o sputtering a deposiccedilatildeo quiacutemica e a deposiccedilatildeo fiacutesica em fase de vapor etc
[25] Todavia a execuccedilatildeo destes processos envolve a utilizaccedilatildeo de equipamentos altamente
especializados em ambiente de vaacutecuo vaacuterias soluccedilotildees e um campo eleacutetrico de modo a possibilitar a
transformaccedilatildeo de energia quiacutemica em energia eleacutetrica e vice-versa Finalmente um meacutetodo tambeacutem
bastante usado eacute a sinterizaccedilatildeo de poacute de cloreto de prata sobre o substrato metaacutelico dando origem
a um revestimento espesso e poroso
15
15
25 Novo conceito de eleacutetrodo
O desenvolvimento do novo tipo de bioeleacutetrodo busca
colmatar as lacunas presentes nos eleacutetrodos disponiacuteveis
comercialmente (dos tipos huacutemido e seco) Tentando manter as
melhores carateriacutesticas de cada tipo de eleacutetrodo Para isso eacute
necessaacuterio desenvolver o eleacutetrodo com materiais condutores que
possibilitem as trocas ioacutenicas e aleacutem disso tenha a capacidade
de manter huacutemido o ponto de contacto com a pele de forma a
diminuir a impedacircncia na interface mas sem usar pastas ou gel
que sujam a pele
A hidrataccedilatildeo da pele por via externa nos ensaios a
realizar eacute feita atraveacutes da aplicaccedilatildeo de diferentes soluccedilotildees
hidratantes que se encontram embebidas numa esponja num
reservatoacuterio existente no eleacutetrodo (Figura 8) Estas soluccedilotildees tecircm a capacidade de migrar atraveacutes do
eleacutetrodo atraveacutes do efeito de capilaridade e gravidade uma vez que a base do eleacutetrodo eacute feita de
policarbonato com porosidade aberta adequada ao fenoacutemeno da capilaridade
O desenvolvimento deste bioeleacutetrodo inovador possibilita tambeacutem uma colocaccedilatildeo raacutepida
coacutemoda e segura Uma vez que estes passam a ser colocados com uma touca
Finalmente eacute tambeacutem importante referir que a forma do eleacutetrodo em multipino permitiraacute
numerosos pontos de contacto de modo a minimizar a impedacircncia do mesmo contribuindo para a
obtenccedilatildeo de melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
26 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
O ruiacutedo eacute um sinal interferente de natureza aleatoacuteria que provoca a degradaccedilatildeo de sinal
durante o seu processamento Em eletroacutenica diz respeito a quaisquer correntes ou tensotildees indesejadas
que mascaram o sinal que realmente interessa
Nos dispositivos e circuitos eletroacutenicos existem inuacutemeras fontes de ruiacutedo dai a importacircncia
na sua caraterizaccedilatildeo
Um tipo importante de ruiacutedo eacute o ruiacutedo de Johnson-Nyquist presente nos portadores de carga
e em todos os elementos com resistecircncia eleacutetrica Este tipo de ruiacutedo eacute caraterizado por uma densidade
espectral de potecircncia (do inglecircs power spectral density - PSD) uniforme e forma de onda gaussiana
[26]
O ruiacutedo de Johnson-Nyquist eacute comumente chamado ruiacutedo teacutermico e a sua tensatildeo eficaz pode
ser calculado atraveacutes da ( 5 para uma resistecircncia eleacutetrica R
Vt= radic4∙k∙T∙B∙R=radic16times1020
∙B∙R ( 5 )
Figura 8 Eleacutetrodo de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios A representa o fio de prata B a soluccedilatildeo condutora C a esponja do reservatoacuterio e D material de policarbonato de natureza porosa onde se estabelece o contacto com a pele
16
16
onde k representa a constante de Boltzmann em JK T a temperatura da resistecircncia em K B
a banda equivalente de ruiacutedo e R o valor da resistecircncia em Ohm
Para o caacutelculo da banda equivalente de ruiacutedo considera-se que o sistema tem uma funccedilatildeo de
transferecircncia do tipo 1198810
119881119894frasl = 119860(119895119891) e estaacute sujeito a uma entrada de ruiacutedo de PSD 119878119881119894
Deste modo
obtemos que o valor meacutedio da tensatildeo de ruiacutedo na saiacuteda para um amplificador seraacute
1198811198990
2 = int 119878119881119894 |A(jf)|2 partfinfin
0
( 6 )
Sendo |119860(119895119891)| usualmente uma funccedilatildeo do tipo
Figura 9 Funccedilatildeo de um filtro passa-baixos |119912(119947119943)|
Uma vez que as regiotildees sombreadas satildeo iguais pode-se simplificar o caacutelculo atraveacutes da aacuterea
de um retacircngulo com a mesma aacuterea que o quadrado da funccedilatildeo de transferecircncia Temos entatildeo que a
banda equivalente eacute dada por
B=1
|A0|2int |A(jf)|2 partf
infin
0
( 7 )
Outro tipo de ruiacutedo presente nos equipamentos eletroacutenicos que eacute interessante estudar eacute o
ruiacutedo ldquoshotrdquo ou ruiacutedo de corrente (Ish) que como o nome indica estaacute associado agrave corrente DC que
flui atraveacutes de uma barreira de potencial e pode ser representado por
Ish= radic2∙q∙IDc∙B ( 8 )
Onde q representa a carga eletroacutenica em coulomb e IDC a corrente contiacutenua meacutedia em ampere
Finalmente outro tipo de ruiacutedo a estudar seraacute o ruiacutedo 1f ldquoflickerrdquo ou ruiacutedo de contacto (If)
que ocorre devido agraves diferenccedilas nos niacuteveis de energia eleacutetricos quando existe um contato imperfeito
entre dois materiais Este tipo de ruiacutedo pode ser calculado atraveacutes de
119868119891 = 119870 ∙ 119868119863119888 ∙ radic119861
radic119891 ( 9 )
Onde K eacute um valor constante que depende do material e da geometria
A baixas frequecircncias este ruiacutedo eacute chamado de ruiacutedo ldquo1frdquo devido agrave tendecircncia caracteriacutestica
de decrescimento com a frequecircncia Eacute importante notar que a magnitude do ruido ldquoflickerrdquo pode ser
17
17
muito grande para pequenas frequecircncias o que leva a que seja a forma de ruiacutedo predominante em
circuitos de baixa frequecircncia
Considerando o ruiacutedo total como adiccedilatildeo das contribuiccedilotildees dos vaacuterios tipos de ruiacutedo na
configuraccedilatildeo eleacutetrica adotada para um amplificador pode-se considerar que o ruiacutedo na entrada segue
a representaccedilatildeo da Figura 10 da qual eacute possiacutevel retirar que
1198681198992 =
1198811198991199052 minus 119881119899
2 minus 1198811199052
1198771199042 ( 10 )
Na praacutetica In pode ser calculado atraveacutes da PSD do ruiacutedo total obtido com uma resistecircncia
elevada de modo a que 1198811198990≫ 119860radic119881119899
2 ∙ 1198811199052 e que Vn eacute a PSD do sistema com a entrada em curto circuito
Figura 10 Circuito representativo dos componentes do ruiacutedo do amplificador na entrada segundo o modelo Vn-In
No corpo humano a captaccedilatildeo dos biopotenciais no escalpe estaacute sujeita agrave presenccedila de ruiacutedo
eleacutetrico intriacutenseco indesejado na interface eleacutetrodogelpele que faz com que o processo de deteccedilatildeo
e anaacutelise dos sinais bioloacutegicos reais seja mais complicado Eacute necessaacuterio por isso caracterizar e
conhecer a magnitude e origem destas flutuaccedilotildees de modo a caraterizar a qualidade dos eleacutetrodos
desenvolvidos
O ruiacutedo eleacutetrodo-pele pode estar ligado agrave interface entre o eleacutetrodo e o eletroacutelito ou entatildeo
agrave interface eletroacutelito-pele No primeiro caso esta situaccedilatildeo pode ser mensurada atraveacutes da colocaccedilatildeo
de eleacutetrodos do mesmo tipo um contra o outro Por outro lado o ruiacutedo produzido pela interface
eletroacutelito-pele deve ser mensurado de uma forma indireta atraveacutes do contacto direto entre o eleacutetrodo
e a pele Nesta situaccedilatildeo o ruiacutedo eacute tipicamente mais elevado do que o que se obteacutem na interface
eleacutetrodo-eletroacutelito [3] Uma vez que os resultados obtidos nestes ensaios dependem diretamente do
estado da pele eacute importante garantir um tratamento preacutevio adequado
18
18
261 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio do tempo RMS e Deriva do potencial
A raiz do valor quadraacutetico meacutedio RMS (do inglecircs root mean square) ou valor eficaz eacute uma
medida estatiacutestica da magnitude de uma quantidade variaacutevel que pode ser calculada atraveacutes da
expressatildeo
120600119877119872119878 = radic1
119873 sum120600119894
2
119873
119894=1
= radic1206001
2 + 12060022 + ⋯+ 120600119873
2
119873 ( 11 )
Nos sinais a estudar satildeo calculados os valores RMS da parte alternada do sinal em intervalos
de tempo sucessivos Destes valores eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees acerca da evoluccedilatildeo temporal do
sinal assim como a quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo
Por outro lado a deriva do potencial eacute calculada recorrendo agrave primeira derivada do sinal nos
diferentes pontos pela componente contiacutenua do sinal sendo portanto de natureza lenta Eacute possiacutevel
por isso analisar a deriva do potencial e o tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema atraveacutes do recurso desde
caacutelculo
262 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio das frequecircncias Densidade espectral
A densidade espectral de potecircncia PSD eacute definida pela transformada de Fourier da funccedilatildeo
de autocorrelaccedilatildeo (Rxx (120591)) de um processo estacionaacuterio ou seja
Teorema de Wiener-Khintchine 119878119909(119891) = F[Rxx(120591)]= int Rxx(120591)119890minus 1198952120587119891120591119889120591infin
minusinfin
( 12 )
Por outras palavras a PSD descreve a distribuiccedilatildeo da variacircncia de um processo aleatoacuterio no
domiacutenio da frequecircncia [27][28]
No Matlab esta estimaccedilatildeo eacute feita atraveacutes da funccedilatildeo pwelch jaacute implementada esta segue o
meacutetodo Welch para o caacutelculo da PSD Este meacutetodo eacute baseado no conceito de utilizaccedilatildeo de
periodogramas de estimaccedilatildeo espectral que satildeo o resultado da conversatildeo de um sinal no domiacutenio
temporal para o domiacutenio da frequecircncia [29] Para isso o meacutetodo Welch segue o fundamento do
meacutetodo Bartlett contudo permite a sobreposiccedilatildeo de segmentos [30]
O meacutetodo Bartlett consiste primeiramente na divisatildeo do segmento original de N amostras em
K segmentos de comprimento M Para cada segmento eacute obtido o periodograma calculado atraveacutes da
transformada discreta de Fourier de seguida eacute calculado o quadrado do resultado e dividido por M
Finalmente eacute feita a meacutedia do resultado dos periodogramas para todos os segmentos de K amostras
resultando num uacutenico vetor de potenciais em funccedilatildeo da frequecircncia Ou seja a reparticcedilatildeo da potecircncia
ao longo do espetro [28]
19
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27 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo da impedacircncia
Um sistema eletroquiacutemico eacute aquele onde haacute a presenccedila de pelo menos uma fase condutora
eletroacutenica (eleacutetrodo) em contato direto com uma fase condutora ioacutenica (eletroacutelito) as quais originam
a interface eleacutetrodo-eletroacutelito onde se forma duma dupla camada eleacutetrica
A mediccedilatildeo da impedacircncia eletroquiacutemica em modo potenciostaacutetico eacute feita atraveacutes da
aplicaccedilatildeo de um sinal de potencial eleacutetrico sinusoidal 119881(119905) com cerca de 5 a 20 mV numa ceacutelula
eletroquiacutemica Satildeo medidas a resposta na forma de corrente eleacutetrica 119868(119905) e diferenccedila de fase entre
o sinal de potencial e o sinal da corrente [31] Ao medir a corrente alternada que atravessa a ceacutelula
eletroquiacutemica obtemos a impedacircncia Z da forma convencional 119885 = 119881119868 [32] Refira-se que a obtenccedilatildeo
da impedacircncia pode igualmente ser feita impondo uma perturbaccedilatildeo de corrente e medindo o
potencial A impedacircncia do eleacutetrodo reflete entatildeo a capacidade do eleacutetrodo para transferir carga a
determinada frequecircncia [32][33]
Deste modo tem-se se os valores da tensatildeo alternada V(t) e da intensidade I(t) forem
representados por
V(t)=V0∙ cos ωt
( 13 )
I(t)=I0∙ cos (ωt+φ) ( 14 )
No qual V0 representa a amplitude de pico do sinal 120596 a frequecircncia angular (120596 = 2120587119891) I0 a
amplitude do sinal de corrente e 120593 a diferenccedila de fase entre os dois sinais
Pela equaccedilatildeo de Euler
eiφ= cos φ +j sin φ ( 15 )
temos entatildeo que se φ=120596119905
V(t)= V0∙Re(ejωt) ( 16 )
representando essa tensatildeo alternada como uma parte real de uma grandeza complexa
temos que V(t) eacute equivalente a
V(t)=V0∙Re(119888119900119904120596119905 + 119895 ∙ 119904119894119899 120596119905) ( 17 )
Por outro lado atendendo agrave Equaccedilatildeo de Euler acima descrita a corrente eleacutetrica gerada
por um elemento de circuito em resposta a uma tensatildeo alternada pode ser escrita como
I(t)=I0∙Re(119890(120596119905+120593))
( 18 )
Deste modo a impedacircncia fica
Z(ω)=Z0∙ejφ
( 19 )
e aplicando a equaccedilatildeo de Euler
Z(ω)=Z ( cos φ + j sin φ ) ( 20 )
20
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Obtemos uma equaccedilatildeo composta de uma parte real e uma parte imaginaacuteria possibilitando
assim a sua representaccedilatildeo num plano cartesiano onde a parte real corresponderaacute ao eixo das abcissas
e a parte imaginaria ao eixo das ordenadas (Diagrama de Nyquist)
Pode-se tambeacutem representar a impedacircncia como um vetor no plano complexo
Z (ω)=Re[Z(ω)]i +Im[Z(ω)]j ( 21 )
E se Z0 for o moacutedulo da impedacircncia a parte real de 119885(120596) escreve-se
Z=Z0∙ cos φ
( 22 )
sendo a parte imaginaacuteria representada por
Z=Z0∙ sin φ
( 23 )
que segundo a representaccedilatildeo de Fresnel corresponde a
Z(ω)=Z+ j Z
( 24 )
ou seja
1198850=|Z(ω)|=radicZ2+ Z
2 ( 25 )
e
tan φ = Z
Zfrasl ( 26 )
Os diagramas de Nyquist satildeo uacuteteis para reconhecer o tipo de processo envolvido Os diagramas
de Bode por outro lado mostram a dependecircncia direta do acircngulo de fase com a frequecircncia Este
uacuteltimo eacute particularmente interessante em escalas de frequecircncia muito diferentes uma vez que eacute
frequentemente representado atraveacutes da escala logariacutetmica portanto os resultados nos capiacutetulos
subsequentes seratildeo apresentados neste formato
21
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A teacutecnica de Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica (do inglecircs Electrochemical
Impedance Spectroscopy - EIS) fornece uma visatildeo completa e detalhada das caracteriacutesticas eleacutetricas
da interface eleacutetrodo-eletroacutelito quando efetuada
numa gama suficientemente largada de frequecircncias
Na Figura 11 estaacute representado um esquema da
montagem experimental para mediccedilatildeo da
impedacircncia As reaccedilotildees eletroquiacutemicas satildeo em
essecircncia reaccedilotildees quiacutemicas em que ocorrem
transferecircncia de eletrotildees para um eleacutetrodo e como
regra ocorrem de acordo com princiacutepios quiacutemicos
gerais Haacute contudo certas caracteriacutesticas das
reaccedilotildees eletroquiacutemicas que satildeo uacutenicas Algumas
delas envolvem a transferecircncia de eletrotildees atraveacutes
de uma interface (reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo) o
que acarreta uma dependecircncia com as dimensotildees e
aacuterea do eleacutetrodo assim como tambeacutem das
propriedades da interface com o eleacutetrodo
Eacute habitual que os eleacutetrodos de AgAgCl apresentem potenciais relativamente baixos e
estaacuteveis Portanto a deposiccedilatildeo da camada de AgCl estabilizaraacute o potencial do eleacutetrodo e reduziraacute os
niacuteveis de impedacircncia Eacute de salientar que impedacircncias aceitaacuteveis para os eleacutetrodos de superfiacutecie devem
encontrar-se abaixo dos 5 k uma vez que quanto maior a impedacircncia maior seraacute a resistecircncia do
eleacutetrodo agrave passagem de corrente No entanto valores de 10 k ou mesmo 40 K ainda satildeo
considerados aceitaacuteveis dependendo dos autores [34][35]
Figura 11 Esquema representativo do ensaio potenciostaacutetico para mediccedilatildeo da impedacircncia
22
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Capiacutetulo 3 Materiais e meacutetodos
Materiais e meacutetodos
31 Preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes
Na preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes dissolveu-se cloreto de soacutedio (NaCl) em aacutegua
adicionando de seguida um tensioativo (tweencopy-80) e um humectante (propilenoglicol) As
concentraccedilotildees destes componentes variaram nas 3 soluccedilotildees conforme referido na Tabela 2 Conveacutem
referir que cada componente foi dissolvido em constante e contiacutenua agitaccedilatildeo numa placa de
agitaccedilatildeo tendo-se misturado primeiro o propilenogicol com o tweencopy e soacute depois com os restantes
compostos
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas
COMPONENTE INFORMACcedilAtildeO DO COMPONENTE SOLUCcedilAtildeO
1 2 3
NaCl (mV) VWR-BDH Prolabo Lote 27810295
09 09 09
Tweencopy-80 (VV) Acofarma
Lote 130287 3 3 5
Propilenoglicol(VV) Acofarma
Lote 131337 10 30 30
Aacutegua (VV) - qbp 100 qbp 100 qbp 100
A biocompatibilidade das mateacuterias-primas empregues para a obtenccedilatildeo das soluccedilotildees torna este
novo conceito de eleacutetrodo uma alternativa promissora para utilizaccedilatildeo cliacutenica Esta biocompatibilidade
estaacute inversamente relacionada com a concentraccedilatildeo de cloretos de soacutedio ou seja quanto menor a
concentraccedilatildeo tanto maior a biocompatibilidade das soluccedilotildees Por esse motivo as soluccedilotildees
desenvolvidas contavam com pequenas concentraccedilotildees de sais de modo a ser o mais semelhante
possiacutevel aos componentes ioacutenicos da proacutepria pele humana
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32 Produccedilatildeo dos novos eleacutetrodos
321 Produccedilatildeo da estrutura porosa de policarbonato
A produccedilatildeo da estrutura porosa (wicks) foi realizada atraveacutes da sinterizaccedilatildeo de poacutes de
policarbonato (PC)
No que diz respeito ao processo de fabrico propriamente
dito o primeiro passo consistiu na moagem da mateacuteria-prima
(policarbonato) de seguida estas partiacuteculas foram sinterizadas
atraveacutes de um equipamento designado por cilindro de sinterizaccedilatildeo
Este cilindro foi aquecido a uma temperatura de asymp170degC e atingida
esta gama de temperaturas colocaram-se as partiacuteculas no molde
ldquoWickrdquo com as dimensotildees apresentadas na Figura 12 que se
encontrava dentro do cilindro central Procedeu-se
imediatamente ao encaixe do pistatildeo no cilindro central Para
finalizar mergulhou-se em aacutegua fria o cilindro central contendo o
molde deixando de seguida secar agrave temperatura ambiente [36]
322 Preparaccedilatildeo dos eleacutetrodos de pratacloreto de prata
Para a deposiccedilatildeo da camada de cloreto de prata nos fios de prata recorreu-se a uma teacutecnica
de deposiccedilatildeo quiacutemica Para isso os fios de prata (Ag) (diacircmetro = 250 miacutecron 9999 Goodfellow
Cambridge) foram oxidados com uma soluccedilatildeo de cloreto de ferro (III) (MERCK Lote 7705-08-0) apoacutes
um preacute-tratamento que permitiu a remoccedilatildeo de impurezas e sujidades presentes na superfiacutecie dos fios
Este preacute-tratamento consistiu na limpeza da superfiacutecie dos fios com 2-propanol e posterior imersatildeo
dos mesmos numa tina de ultrassons com 2-propanol durante 10 minutos De seguida mergulharam-
se os fios de prata em aacutegua destilada de forma a remover todo o 2-propanol presente Finalmente
o processo de oxidaccedilatildeo consistiu em submergir os fios de prata numa soluccedilatildeo aquosa de FeCl3 50 mM
durante 2 minutos ao finalizar este periacuteodo foram armazenados durante 24h num recipiente revestido
com folha de alumiacutenio que possuiacutea uma soluccedilatildeo de HCl 01M para estabilizaccedilatildeo Os fios que natildeo foram
utilizados imediatamente foram armazenados num recipiente revestido com folha de alumiacutenio com
uma soluccedilatildeo de HCl 0005M O comprimento de cada fio de prata eacute aproximadamente de 8 cm
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato
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323 Montagem dos eleacutetrodos
Apoacutes o fabrico da estrutura porosa e da preparaccedilatildeo dos
fios de prata procedeu-se agrave montagem dos eleacutetrodos para isso
cortaram-se pequenas porccedilotildees de uma esponja em poliuretano
com configuraccedilatildeo ciliacutendrica e um diacircmetro semelhante ao da
parte superior da estrutura porosa De seguida atravessou-se esta
esponja com o fio de prata e inseriu-se o conjunto ldquoesponja +
arame de pratardquo dentro de um orifiacutecio superior que a estrutura
porosa possui Finalmente incorporou-se esta estrutura dentro de
um tubo de PVC de modo a atingir a configuraccedilatildeo apresentada na
Figura 13
33 Preparaccedilatildeo dos ensaios
Antes do iniacutecio dos ensaios os eleacutetrodos foram previamente lavados com 2-propanol e
colocados na estufa de modo a evaporar os resiacuteduos do aacutelcool Posteriormente foi aplicada a soluccedilatildeo
hidratante que se pretendia estudar de modo a que a esponja ficasse completamente embebida Desta
forma por uma parte os novos eleacutetrodos em estudo foram testados recorrendo agraves soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 e por outra os eleacutetrodos que serviram como controlo (eleacutetrodo de AgAgCl
(BIO EASYCAP GmbH Alemanha)) utilizaram o gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) Foram tambeacutem utilizados eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) como referecircncia
Para os estudos eletroquiacutemicos incorporaram-se os eleacutetrodos numa montagem constituiacuteda por
um potenciostatogalvanostato Gamry G-300 (Gamry Instruments USA) De modo a diminuir o ruiacutedo
eletroacutenico os ensaios foram todos realizados dentro de uma Gaiola de Faraday Eacute importante referir
que uma vez o nosso sistema de aquisiccedilatildeo de dados era ldquoearth groundedrdquo seguiu-se a sugestatildeo da
bula do Gamry e optou-se unicamente por ligar o ldquofloating groundrdquo agrave gaiola
34 Condiccedilotildees dos ensaios
A primeira parte do trabalho foi desenvolvida laquoIn vitroraquo com eleacutetrodos multipino foi feito
entatildeo um estudo do ruido eletroquiacutemico entre eleacutetrodos do mesmo tipo nas diferentes soluccedilotildees
referidas na Tabela 2 De seguida realizou-se um estudo das impedacircncias dos novos eleacutetrodos nas
diferentes soluccedilotildees seguidos por um estudo de controlo realizado nas mesmas condiccedilotildees com o
eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente e o correspondente gel hidratante Estes ensaios foram
reproduzidos 3 vezes uma vez que em estudos anteriores jaacute se tinha verificado uma boa
reprodutibilidade dos ensaios
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios
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Na segunda fase dos estudos realizou-se uma avaliaccedilatildeo do ruido da impedacircncia vs frequecircncia
laquoIn vivoraquo com as diferentes soluccedilotildees Estes ensaios foram realizados em 8 voluntaacuterios saudaacuteveis 6 do
sexo feminino e 2 do masculino Deste modo consegue-se escolher uma soluccedilatildeo para avanccedilar ao
estaacutegio seguinte que consistia na mediccedilatildeo e comparaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos obtidos tanto
com os eleacutetrodos de controlo como com os eleacutetrodos multipino porosos com a soluccedilatildeo hidratante mais
adequada Os resultados foram obtidos com a participaccedilatildeo de 2 voluntaacuterios saudaacuteveis de ambos sexos
341 Ensaios laquoIn vitroraquo
3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito
Nos ensaios de ruiacutedo eletroquiacutemico apenas foram utilizados eleacutetrodos multipino porosos
Fig14 (b) sendo um ligado ao terminal do eleacutetrodo de trabalho e o outro ao terminal do eleacutetrodo de
referecircncia A distacircncia entre os eleacutetrodos foi controlada durante o decorrer dos ensaios optando-se
por uma distacircncia de 3 cm entre os dois eleacutetrodos Foi tambeacutem realizada uma montagem de controlo
nas mesmas condiccedilotildees contudo esta era constituiacuteda por dois eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel
Electro-Cap International Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA)
Estabelecida a montagem do sistema eletroacutenico procedeu-se agrave mediccedilatildeo do ruiacutedo eleacutetrico em
circuito aberto para isso recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software ldquoESA410 Data Acquisitionrdquo da Gamry
um software projetado especificamente para a aquisiccedilatildeo e anaacutelise de sinais de ruiacutedo eletroquiacutemico
[37] Para aquisiccedilatildeo dos dados o ESA410trade associa-se ao potenciostato Gamry que faz aquisiccedilatildeo dos
dados em modo potenciostaacutetico a recolha dos dados eacute feita em circuito aberto O teste para cada
eleacutetrodo foi realizado ao longo de 12 minutos com uma taxa de amostragem constante de 1000 Hz
ao longo de todo o teste e um filtro de 10 A frequecircncia de amostragem foi escolhida tendo em conta
o Teorema de Nyquist que afirma que a frequecircncia de amostragem de um sinal analoacutegico para que
possa posteriormente ser reconstituiacutedo com o miacutenimo de perda de informaccedilatildeo deve ser igual ou maior
a duas vezes a maior frequecircncia do espectro desse sinal 119861 le119891119904
2 Por outras palavras a frequecircncia
maacutexima do sinal de entrada deveraacute ser menor ou igual a metade da taxa de amostragem [38] Para
que isto seja conseguido o sistema incorpora um filtro passa-baixo ldquoanti-aliasrdquo (deixa passar baixas
frequecircncias mas atenua as frequecircncias maiores do que a frequecircncia de Nyquist) [39]
3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito
Na montagem eletroacutenica dos ensaios de impedacircncia o contra eleacutetrodo era representado por
um eleacutetrodo comercial de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) o eleacutetrodo de trabalho um
eleacutetrodo poroso multipino (cada ensaio com as suas diferentes soluccedilotildees) e o eleacutetrodo de referecircncia
um eleacutetrodo de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) Fig14 (a) Optou-se tambeacutem pela
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implementaccedilatildeo de um controlo com eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap International
Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap International Inc USA)
A obtenccedilatildeo dos dados eacute feita atraveacutes da teacutecnica de espectroscopia de impedacircncia
eletroquiacutemica em modo potenciostaacuteticordquo presente no software EIS300TM da Gamry neste modo de
funcionamento eacute aquirido um espectro de impedacircncia ao longo do intervalo de frequecircncias de 10 kHz
ateacute 01 Hz com uma tensatildeo AC aplicada (5 mV RMS) da tensatildeo de desvio DC (0 V vs circuito aberto)
e representados 3 pontos por deacutecada
(a) (b)
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo
342 Ensaios laquoIn vivoraquo
3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele
De modo a mensurar o ruiacutedo
causado pela interface entre o eletroacutelito e
a pele procedeu-se agrave montagem de um
sistema semelhante ao utilizado nos
ensaios do ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito dentro
de uma gaiola de Faraday contudo estes
ensaios foram realizados laquoIn vivoraquo
procedendo-se agrave colocaccedilatildeo dos dois
eleacutetrodos na zona anterior da tiacutebia com
um espaccedilo entre eles de 3 cm (Figura 15)
apoacutes a superfiacutecie da pele ter sido limpa
com etanol a 70
A montagem contava com um sistema de seguranccedila inserido em seacuterie no sistema de mediccedilatildeo
e que corta a corrente se esta for superior a 100 microA
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
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A mediccedilatildeo do ruido foi feita tendo em conta o tipo de eleacutetrodo tendo-se para isso optado por
fazer as mediccedilotildees com eleacutetrodos do mesmo tipo ou seja num primeiro ensaio mensurou-se o ruido
entre 2 eleacutetrodos de pratacloreto de prata com o respetivo gel hidratante e numa segunda
abordagem optou-se por mensurar o ruido entre dois dos eleacutetrodos porosos com as diferentes soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 Contudo foi controlada a pressatildeo da banda que fixava os eleacutetrodos porosos
agrave tiacutebia sendo estipulado o valor da pressatildeo no intervalo de 15N a 2N
Neste ensaio o primeiro eleacutetrodo encontra-se ligado aos terminais dos eleacutetrodos de trabalho
o segundo ao terminal da referecircncia e o cabo do ground foi ligado agrave gaiola
Os paracircmetros dos ensaios foram os mesmos que os utilizados para a mediccedilatildeo do ruido
eleacutetrodo-eletroacutelito apresentados na secccedilatildeo 3411 contudo o tempo de aquisiccedilatildeo de sinal foi
reduzido a 5 minutos de modo a minorar o tempo de exposiccedilatildeo dos voluntaacuterios aos exames
3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele
laquoIn vivoraquo estes ensaios foram feitos logo
apoacutes a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico portanto a
superfiacutecie da pele se encontrava limpa e a
colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos obedecia agrave regra dos 3 cm
de distacircncia entre eleacutetrodos e 15-2N de pressatildeo
Para a mediccedilatildeo da impedacircncia eacute utilizada uma
configuraccedilatildeo diferente como referido no capitulo
33 Satildeo portanto utilizados 2 eleacutetrodos
comerciais de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH
Alemanha) um como referecircncia e outro como
contra eleacutetrodo e o eleacutetrodo em estudo
propiamente dito seja este o comercial (controlo)
ou o novo eleacutetrodo (Figura 16)
Os resultados obtidos para as diferentes
frequecircncias aleacutem de poderem ser representados
pelo diagrama de Nyquist como referido anteriormente podem tambeacutem ser representados num
Diagrama de Bode Neste diagrama a distribuiccedilatildeo dos valores de impedacircncia por vaacuterias ordens de
grandeza eacute representada em coordenadas polares (magnitude log|119885| em funccedilatildeo de log120596 )
3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos primariamente limpou-se a superfiacutecie do
escalpe com aacutelcool a 70 de modo a minimizar a camada gordurosa da pele De seguida procedeu-se
agrave colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos Foram colocados dois eleacutetrodos de AgAgCl (comerciais) um de forma a
servir como controlo (posiccedilatildeo O2) e outro em curto-circuito com o ground e a referecircncia (posiccedilatildeo
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino
durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia
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Fp2) O eleacutetrodo poroso em estudo colocou-se a cerca de 3 cm do eleacutetrodo de AgAgCl posiccedilatildeo O2
de modo a captar o mesmo sinal que o obtido pelo eleacutetrodo de controlo (Figura 17)
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos
35 Implementaccedilatildeo em Matlab
Apoacutes a importaccedilatildeo do ficheiro obtido nos ensaios de ruiacutedo para o Matlab foi criado um filtro
Butterworth de ordem 20 de 05 ateacute 40 Hz atraveacutes da funccedilatildeo jaacute implementada pelo Matlab
ldquofdesignbandpassrdquo De seguida eacute aplicado o filtro duas vezes A primeira desde o primeiro ponto ateacute
o uacuteltimo e o segundo na ordem inversa Deste modo consegue-se natildeo soacute uma filtragem dupla mas
tambeacutem o cancelamento da fase dos filtros Assim efetivamente o filtro utilizado eacute de ordem 40 de
fase nula
De seguida eacute dividido o ensaio em segmentos de 30 segundos rejeitando os primeiros 10
segundos do ensaio Para cada segmento natildeo sobreposto eacute calculado o valor RMS da tensatildeo a
densidade espectral de potecircncia atraveacutes da estimaccedilatildeo pwelch do Matlab e o declive meacutedio (primeira
derivada do sinal) Contudo no final eacute calculada tambeacutem a densidade espectral de potecircncia global
que eacute expressa em dB
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Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos
Resultados obtidos e discussatildeo
41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo
411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos
eleacutetrodos
Neste estudo eacute de extrema relevacircncia a eleiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante a utilizar Para isso
recorreu-se agrave realizaccedilatildeo de vaacuterios ensaios que possibilitassem uma avaliaccedilatildeo objetiva da resposta do
sistema Efetuou-se entatildeo primeiro uma anaacutelise do ruiacutedo ao longo de 12 minutos com os eleacutetrodos
multipino nas diferentes soluccedilotildees (um medido contra o outro) e a respetiva referecircncia de seguida
realizou-se um ensaio para mensurar a resistecircncia agrave passagem de corrente com os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees e a respetiva referecircncia
Assim sendo a Figura 18 revela a impedacircncia dos eleacutetrodos nas diferentes soluccedilotildees testadas
Nesta pode-se observar que a soluccedilatildeo 1 apresenta niacuteveis de impedacircncia ligeiramente mais baixos que
as restantes soluccedilotildees Contudo os seus niacuteveis encontram-se uma deacutecada acima dos valores obtidos
pelo eleacutetrodo e AgAgCl utilizado comercialmente com o respetivo gel hidratante Observa-se ainda
que os desvios padratildeo satildeo tatildeo baixos que quase natildeo satildeo percetiacuteveis o que significa que os ensaios satildeo
bastante reprodutiacuteveis Eacute tambeacutem importante notar que ao longo de todas as frequecircncias testadas
os valores de impedacircncia aleacutem de se encontrarem todos abaixo dos valores maacuteximos permitidos (20-
40 k) [35] encontram-se ainda abaixo dos 5 k referidos como valores de impedacircncia ideal por vaacuterios
fornecedores [40][41] o que eacute de extrema relevacircncia nos passos subsequentes de aquisiccedilatildeo do sinal
uma vez que eacute indispensaacutevel ter baixos niacuteveis de impedacircncia para conseguir captar ondas cerebrais
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Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Foram ainda feitas mediccedilotildees de ruiacutedo nas mesmas condiccedilotildees Realizando-se de seguida uma
anaacutelise no domiacutenio temporal e outra no domiacutenio das frequecircncias Para isso como foi referido no
capitulo 35 recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software Matlab A primeira anaacutelise eacute feita no domiacutenio
temporal (Figura 19 (a)) sob a forma de um graacutefico da tensatildeo meacutedia (RMS) em funccedilatildeo do tempo que
eacute obtida apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa-alto de modo a retirar a componente DC do sinal e assim
obter um sinal de ruiacutedo para altas frequecircncias que seraacute representado em periacuteodos de 30 segundos
Deste modo eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees da quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo de
estabilizaccedilatildeo do eleacutetrodo O que se observa eacute que os niacuteveis de ruiacutedo ao longo do tempo variam entre
185 microV ateacute 2 microV o que equivale a uma variaccedilatildeo maacutexima de 015 microV tanto para os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees como para o eleacutetrodo de AgAgCl no respetivo gel hidratante Observa-se
ainda que aleacutem das pequenas variaccedilotildees ao longo do tempo o desvio padratildeo para todas as soluccedilotildees eacute
muito semelhante sugerindo que natildeo haacute diferenccedilas significativas a niacutevel das soluccedilotildees implementadas
Eacute ainda de salientar que natildeo se observa nenhuma evoluccedilatildeo de ruiacutedo ao longo do tempo o que sugere
uma estabilizaccedilatildeo do sistema muito raacutepida A segunda anaacutelise no domiacutenio temporal corresponde ao
declive meacutedio (Figura 19 (b)) foi realizada recorrendo agrave primeira derivada do sinal em DC obtido a
cada 30 segundos Deste graacutefico eacute possiacutevel retirar informaccedilatildeo referente agrave deriva do potencial e ao
tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema Assim recorrendo agrave sua visualizaccedilatildeo observa-se que a
estabilizaccedilatildeo eacute feita de forma semelhante para todas as soluccedilotildees Contudo a soluccedilatildeo 3 apresenta
menos variaccedilotildees ao longo do tempo valores mais proacuteximos de zero e maior reprodutibilidade entre
ensaios Finalmente o teste de controlo efetuado com os eleacutetrodos comerciais de AgAgCl no gel
aparentam ser ligeiramente menos estaacuteveis contudo os valores se encontram na mesma gama de
tensotildees
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Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Para concluir realizou-se uma anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias para isso recorreu-se ao
graacutefico da densidade espectral de tensatildeo (Figura 20) Nele observa-se que os resultados do ruiacutedo do
sinal aumentam com a diminuiccedilatildeo das frequecircncias numa proporccedilatildeo 119903119906iacute119889119900 ~ 1 119891119903119890119902119906ecirc119899119888119894119886frasl
confirmando os estudos feitos por E Huigen em 2002 [20] No entanto estes tendem a estabilizar a
partir dos 10 Hz em valores proacuteximos dos -238 dB Eacute de referir que a para frequecircncias elevadas o
sinal de ruiacutedo eacute determinado pelo ruiacutedo do amplificador e natildeo pelo ruiacutedo da interface metal-eletroacutelito
uma vez que este eacute significativamente menor do que o ruiacutedo do amplificador impedindo assim a sua
mediccedilatildeo mesmo com equipamentos de baixo ruiacutedo [20]
34
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Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
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a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
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Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
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Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
38
38
Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
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39
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
40
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
41
41
Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
42
42
Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
43
43
Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
44
44
VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
45
45
Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
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Anexos
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De modo a facilitar a comparaccedilatildeo dos resultados eacute habitualmente utilizado um sistema se
colocaccedilatildeo padratildeo chamado 10-20 (Figura 5) Segundo este padratildeo os locais onde os eleacutetrodos satildeo
colocados satildeo denominados por letras de acordo com as aacutereas cerebrais adjacentes seguidas de um
nuacutemero impar se o eleacutetrodo se encontrar no lado esquerdo da cabeccedila ou par se for no lado direito
[6]
Apoacutes a obtenccedilatildeo do sinal contiacutenuo de EEG eacute
possiacutevel distinguir vaacuterios tipos de ondas de acordo
com a sua amplitude e frequecircncia A amplitude das
ondas pode ir ateacute aos 200 μV e a frequecircncia ateacute 30Hz
A Figura 6 representa os diferentes tipos de ondas
As ondas delta satildeo ondas da mais baixa frequecircncia
e amplitudes elevadas que ocorrem em momentos do
sono profundo por outro lado as ondas teta
encontram-se na gama de frequecircncias de 4-7 Hz
contudo
continuam a apresentar grandes amplitudes e ocorrem
em estaacutegios de meditaccedilatildeo e relaxamento profundo as
ondas alfa apresentam por sua vez amplitudes meacutedias
e frequecircncias compreendidas entre os 8 e os 13 Hz
correspondendo a estados mentais relaxados no sono
Finalmente as ondas beta satildeo as de mais elevada
frequecircncia (gt13 Hz) com amplitudes de cerca de 10 μV
e ocorrem quando existe um estimulo visual ou no estado
normal de vigiacutelia [6]
221 Eleacutetrodos
Os eleacutetrodos constituem a interface entre o escalpe e o equipamento de mediccedilatildeo No caso de um
eleacutetrodo huacutemido quando a parte metaacutelica entra em contacto com o eletroacutelito tem lugar um processo
de oxidaccedilatildeoreduccedilatildeo de iotildeesaacutetomos que daacute lugar ao aparecimento de um potencial caracteriacutestico
As propriedades fiacutesico-quiacutemicas tanto do eleacutetrodo como do eletroacutelito afetam o valor do potencial
Quando eleacutetrodos idecircnticos satildeo submersos num eletroacutelito homogeacuteneo ambos assumem o mesmo
potencial com respeito ao eletroacutelito Contudo eleacutetrodos diferentes colocados nas mesmas condiccedilotildees
apresentam potenciais diferentes [6] Deste modo eacute sensato concluir que a amplitude do potencial
depende do material de que o eleacutetrodo eacute feito Por esse motivo os eleacutetrodos utilizados na cliacutenica satildeo
comumente produzidos com prata e cloreto de prata uma vez apresentam uma resistecircncia agrave passagem
Figura 5 Sistema internacional 10-20 para
a colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos em EEG
(Adaptado de [17])
Figura 6 Representaccedilatildeo das ondas eletroencefalograacuteficas registadas durante um
exame de EEG [5]
11
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de corrente natildeo elevada e os seus niacuteveis de impedacircncia satildeo estaacuteveis ao longo de uma ampla gama de
frequecircncias
Contudo o material natildeo eacute o uacutenico paracircmetro que varia para escolher um eleacutetrodo Dependendo
das necessidades existem tambeacutem variedades morfoloacutegicas como os eleacutetrodos invasivos e os natildeo-
invasivos
2211 Eleacutetrodos invasivos
Dentro dos eleacutetrodos invasivos (intracranianos) os mais utilizados satildeo os eleacutetrodos profundos
intracerebrais e os subdurais [13] Os primeiros consistem em eleacutetrodos em forma de agulha feitos
de material flexiacutevel com muacuteltiplos pontos de contacto para registo Satildeo ideais para o registo de
atividade em aacutereas distantes da superfiacutecie Proporcionam ainda um registo preciso da regiatildeo
volumeacutetrica adjacente a cada ponto de registo no entanto a extensatildeo da dita aacuterea eacute limitada [18]
Portanto o uso deste tipo de eleacutetrodos eacute ideal apoacutes os resultados dos exames natildeo-invasivos sugerirem
um ldquoalvordquo provaacutevel Os eleacutetrodos subdurais que podem ser do tipo placa ou tira de silicone com
muacuteltiplos contatos de registo satildeo ideais para o registo de aacutereas extensas do coacutertex [14] Contudo os
eleacutetrodos subdurais podem natildeo registar adequadamente alteraccedilotildees localizadas em profundidade
Este tipo de eleacutetrodos deve apresentar dimensotildees reduzidas de modo a que o dano provocado no
tecido cerebral seja miacutenimo Devem tambeacutem apresentar locais de aplicaccedilatildeo suficientes para recolher
potenciais de muitos neuroacutenios simultaneamente No entanto devido agrave sua natureza altamente
invasiva soacute satildeo usados em casos especiais em que o seu uso pode trazer grandes benefiacutecios para o
paciente
2212 Eleacutetrodos natildeo invasivos
O foco deste estudo centra-se nos eleacutetrodos natildeo invasivos eleacutetrodos colocados na superfiacutecie do
escalpe O contacto entre o eleacutetrodo e a pele eacute facilitado (impedacircncia reduzida) pela utilizaccedilatildeo de
gel e se for esse o caso estaacute-se perante o caso dos eleacutetrodos huacutemidos Contudo a aplicaccedilatildeo deste
gel requer uma preparaccedilatildeo preacutevia da pele que por vezes pode ser demorada suscetiacutevel de
desencadear reaccedilotildees aleacutergicas e desconfortaacutevel para o paciente [3] Surgiu entatildeo a alternativa dos
eleacutetrodos secos eleacutetrodos capazes de aquirir sinais que dispensam a utilizaccedilatildeo de soluccedilotildees todavia
como resultado da ausecircncia do gel ou pasta condutora a impedacircncia interfacial eacute muito mais elevada
tornando indispensaacutevel a integraccedilatildeo de um andar de preacute-amplificaccedilatildeo no eleacutetrodo
Procurando contornar as dificuldades de cada teacutecnica optou-se pelo desenvolvimento de um
bioeleacutetrodo inovador que dispensa a utilizaccedilatildeo de gel mas que apesar disso manteacutem um bom contacto
com a pele humidificando-a
Entre os materiais disponiacuteveis para a fabricaccedilatildeo de eleacutetrodos encontram-se o accedilo inoxidaacutevel o
ouro (Au) o oacutexido de iriacutedio (IrO2)) a prata (Ag) etc [14] tendo-se optado por utilizar um fio de
prata revestido com uma fina camada de cloreto de prata uma vez que os eleacutetrodos fabricados com
12
12
este material apresentam niacuteveis de ruiacutedo reduzidos grande estabilidade do potencial eleacutetrico na gama
de frequecircncias utilizada e uma impedacircncia interfacial baixa [14][19]
23 Interface do eleacutetrodo com a pele
A pele eacute um oacutergatildeo que cobre e protege o corpo e que se observa estar organizado em muacuteltiplas
camadas Eacute composta de trecircs camadas principais a epiderme a derme e a hipoderme cada uma
delas com carateriacutesticas estruturais especiacuteficas que levam a diferentes niacuteveis de condutividade
eleacutetrica e que podem ser representados atraveacutes de modelos baseados em componentes eleacutetricos
baacutesicos [14] Podemos entatildeo do ponto de vista eleacutetrico simular os tecidos bioloacutegicos a partir de um
circuito eleacutetrico formado por resistecircncias e condensadores dispostos em redes com seacuteries e paralelos
agindo estes como condutores ou dieleacutetricos nos quais o fluxo de corrente seguiraacute o caminho de
menor oposiccedilatildeo (Figura 7) Um exemplo ilustrativo desta situaccedilatildeo estaacute representado para o stratum
corneum a camada mais perifeacuterica da epiderme como este tecido eacute relativamente pouco condutor
apresenta uma elevada impedacircncia agrave transmissatildeo das correntes eleacutetricas [20] Assim devido agraves suas
propriedades dieleacutetricas a sua pequena espessura e o seu posicionamento entre o eleacutetrodo condutor
exterior e os tecidos subjacentes mais condutores eacute possiacutevel a sua representaccedilatildeo por meio de um
condensador de placas paralelas
Figura 7 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da interface com a pele e
o seu modelo de circuito eletroacutenico equivalente Adaptado de [14]
O valor da capacidade eleacutetrica da pele estaacute relacionado com a espessura e composiccedilatildeo da camada
coacuternea e tem um valor tiacutepico no intervalo 002-006 microFcm2 [14]
Por outro lado uma vez que alguns iotildees conseguem atravessar o stratum corneum atraveacutes dos
elementos da pele (foliacuteculos do cabelo suor canais das glacircndulas sebaacuteceas imperfeiccedilotildees da pele)
isso pode ser representado coletivamente por uma resistecircncia que seraacute colocada em paralelo com o
condensador Como as camadas subjacentes agrave epiderme satildeo relativamente condutoras representam-
se por uma resistecircncia em seacuterie adicional A presenccedila de uma elevada densidade de foliacuteculos pilosos
(que atuam como derivaccedilotildees de baixa resistecircncia) daacute origem a um valor muito baixo na resistecircncia da
13
13
pele No entanto esta observaccedilatildeo eacute contrabalanccedilada pela dificuldade em fazer contato mecacircnico e
eleacutetrico firme Em tais casos a impedacircncia da pele eacute muito elevada e por vezes eacute necessaacuterio recorrer
agrave remoccedilatildeo dos pelos antes de realizar o exame [14]
231 Hidrataccedilatildeo da pele
O processo de hidrataccedilatildeo da pele humana acontece por duas vias a interna e a externa [21] No
caso da via interna isto acontece quando os queratinoacutecitos migram atraveacutes da derme e sofrem
alteraccedilotildees significativas uma vez que paralelamente a esse processo satildeo libertados liacutepidos e o fator
de hidrataccedilatildeo natural da pele (NMF - Natural moisturizer factor) No caso dos liacutepidos estes formam
uma barreira para a perda de aacutegua e ajudam a reter a hidrataccedilatildeo natural da pele Jaacute no caso da
hidrataccedilatildeo por via externa esta acontece quando introduzimos na pele substacircncias cosmeacuteticas e
farmacecircuticas com capacidades de humedecer as camadas externas da pele para isso na produccedilatildeo
destas substacircncias satildeo utilizadas principalmente trecircs tipos de ingredientes (1) os humectantes que
Incluem a glicerina a ureia e o aacutecido carboxiacutelico da pirrolidona (PCA) que atuam atraindo a aacutegua das
camadas inferiores da derme e ajudando a manter essa aacutegua no estrato coacuterneo (2) os agentes oclusivos
que aumentam os niacuteveis de humidade proporcionando uma barreira fiacutesica para a perda de aacutegua (ceras
oacuteleos e silicones) (3) os emolientes que procuram restaurar os NMF [21]
2311 O gel para utilizaccedilatildeo com os eleacutetrodos
O gel utilizado nos eleacutetrodos serve para (1) assegurar um bom contacto eleacutetrico com a pele do
paciente (2) facilitar a transferecircncia de carga na interface eleacutetrodo-eletroacutelito e assim (3) diminuir
a impedacircncia do estrato coacuterneo [14]
Existem dois tipos de gel o gel huacutemido normalmente denominados como pasta creme ou
substacircncia gelatinosa e o hidrogel Os primeiros satildeo geralmente compostos por aacutegua um agente
espessante bactericidasfungicidas sais ioacutenicos e um surfatante O sal ioacutenico tem como finalidade
conferir condutividade eleacutetrica ao gel e diminuir a impedacircncia eleacutetrica da pele atraveacutes da sua difusatildeo
na mesma Normalmente os sais utilizados satildeo o cloreto de soacutedio (NaCl) ou de potaacutessio (KCl) uma vez
que a maior parte dos iotildees presentes na superfiacutecie da pele humana satildeo o cloreto o soacutedio e o potaacutessio
permitindo assim que elevadas concentraccedilotildees destes sais sejam melhor toleradas pelo corpo
[14][18][22] Por outro lado o hidrogel eacute um gel soacutelido que incorpora hidrocoloacuteides naturais no
entanto a utilizaccedilatildeo destes agentes naturais por vezes provoca desempenhos variaacuteveis e cores pouco
atrativas levando assim agrave utilizaccedilatildeo de hidrocoloacuteides artificiais de modo a eliminar variabilidades
indesejadas
O hidrogel tecircm tendecircncia a causar menos irritaccedilotildees na pele quando comparado com o gel huacutemido
porque o hidrogel limita-se a garantir um bom contato eleacutetrico entre a pele e o eleacutetrodo sem afetar
as propriedades do stratum corneum [14]
14
14
O hidrogel eacute eletricamente mais resistivo do que o gel no entanto esta desvantagem eacute
compensada tanto pela utilizaccedilatildeo de maiores aacutereas com hidrogel como tambeacutem pela diminuiccedilatildeo da
espessura da camada do mesmo Contudo isto natildeo eacute suficiente uma vez que o hidrogel natildeo eacute tatildeo
eficaz na hidrataccedilatildeo da pele (tem tendecircncia a absorver humidade) dando assim como resultado um
aumento na impedacircncia da pele [14]
24 Teacutecnicas de revestimento da prata com cloreto de prata
Finas camadas de um determinado metal depositado sobre um substrato desemprenham
muitas vezes uma funccedilatildeo essencial em muitos dispositivos como por exemplo nos circuitos integrados
No caso dos eleacutetrodos eacute necessaacuterio revestir os fios de prata com finas camadas de cloreto de prata
com o intuito de auxiliar a concretizaccedilatildeo das trocas ioacutenicas referidas no capiacutetulo 1 equaccedilatildeo (1) de
modo a ter-se uma transduccedilatildeo do sinal ioacutenico num sinal eleacutetrico de forma eficaz e reversiacutevel Estas
camadas devem apresentar caracteriacutesticas rigorosamente controladas A espessura a estrutura
atoacutemica e a composiccedilatildeo quiacutemica devem ser uniformes [14][18] Eacute tambeacutem importante que exista
pouca ou nenhuma contaminaccedilatildeo por outras partiacuteculas
As propriedades dos filmes satildeo altamente dependentes dos processos de deposiccedilatildeo Estes
devem ter boa aderecircncia e prover uma boa cobertura Deste modo para a preparaccedilatildeo da prata para
eleacutetrodos a teacutecnica a utilizar deve ser a deposiccedilatildeo eletroquiacutemica atraveacutes de um processo que envolve
a deposiccedilatildeo de um material soacutelido por meio de uma reaccedilatildeo quiacutemica com ou sem recurso a energia
externa Neste caso os substratos de prata satildeo submersos numa soluccedilatildeo contendo um agente oxidante
(por exemplo cloreto feacuterrico) produzindo assim uma fina camada de cloreto de prata ( ( 4)
Ag + + FCl3 FeCl2 + Ag ( 4 )
Em geral a deposiccedilatildeo por electroless plating de um metal envolve a deposiccedilatildeo de um
revestimento metaacutelico a partir dos seus iotildees presentes num banho aquoso sobre uma superfiacutecie atraveacutes
de uma reaccedilatildeo de reduccedilatildeo quiacutemica controlada que eacute ativada pelo metal que estaacute a ser depositado
(reduzido) [23] Os revestimentos obtidos atraveacutes da implementaccedilatildeo desta teacutecnica satildeo geralmente
uniformes duros com elevadas resistecircncias agrave corrosatildeo e ao desgaste e apresentam baixo coeficiente
de fricccedilatildeo [24][25]
Existe contudo uma enorme variedade de meacutetodos eletroquiacutemicos que permitem a
oxidaccedilatildeodeposiccedilatildeo de finas camadas de cloreto de prata tais como a deposiccedilatildeo assistida por plasma
ou por feixes de iotildees o sputtering a deposiccedilatildeo quiacutemica e a deposiccedilatildeo fiacutesica em fase de vapor etc
[25] Todavia a execuccedilatildeo destes processos envolve a utilizaccedilatildeo de equipamentos altamente
especializados em ambiente de vaacutecuo vaacuterias soluccedilotildees e um campo eleacutetrico de modo a possibilitar a
transformaccedilatildeo de energia quiacutemica em energia eleacutetrica e vice-versa Finalmente um meacutetodo tambeacutem
bastante usado eacute a sinterizaccedilatildeo de poacute de cloreto de prata sobre o substrato metaacutelico dando origem
a um revestimento espesso e poroso
15
15
25 Novo conceito de eleacutetrodo
O desenvolvimento do novo tipo de bioeleacutetrodo busca
colmatar as lacunas presentes nos eleacutetrodos disponiacuteveis
comercialmente (dos tipos huacutemido e seco) Tentando manter as
melhores carateriacutesticas de cada tipo de eleacutetrodo Para isso eacute
necessaacuterio desenvolver o eleacutetrodo com materiais condutores que
possibilitem as trocas ioacutenicas e aleacutem disso tenha a capacidade
de manter huacutemido o ponto de contacto com a pele de forma a
diminuir a impedacircncia na interface mas sem usar pastas ou gel
que sujam a pele
A hidrataccedilatildeo da pele por via externa nos ensaios a
realizar eacute feita atraveacutes da aplicaccedilatildeo de diferentes soluccedilotildees
hidratantes que se encontram embebidas numa esponja num
reservatoacuterio existente no eleacutetrodo (Figura 8) Estas soluccedilotildees tecircm a capacidade de migrar atraveacutes do
eleacutetrodo atraveacutes do efeito de capilaridade e gravidade uma vez que a base do eleacutetrodo eacute feita de
policarbonato com porosidade aberta adequada ao fenoacutemeno da capilaridade
O desenvolvimento deste bioeleacutetrodo inovador possibilita tambeacutem uma colocaccedilatildeo raacutepida
coacutemoda e segura Uma vez que estes passam a ser colocados com uma touca
Finalmente eacute tambeacutem importante referir que a forma do eleacutetrodo em multipino permitiraacute
numerosos pontos de contacto de modo a minimizar a impedacircncia do mesmo contribuindo para a
obtenccedilatildeo de melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
26 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
O ruiacutedo eacute um sinal interferente de natureza aleatoacuteria que provoca a degradaccedilatildeo de sinal
durante o seu processamento Em eletroacutenica diz respeito a quaisquer correntes ou tensotildees indesejadas
que mascaram o sinal que realmente interessa
Nos dispositivos e circuitos eletroacutenicos existem inuacutemeras fontes de ruiacutedo dai a importacircncia
na sua caraterizaccedilatildeo
Um tipo importante de ruiacutedo eacute o ruiacutedo de Johnson-Nyquist presente nos portadores de carga
e em todos os elementos com resistecircncia eleacutetrica Este tipo de ruiacutedo eacute caraterizado por uma densidade
espectral de potecircncia (do inglecircs power spectral density - PSD) uniforme e forma de onda gaussiana
[26]
O ruiacutedo de Johnson-Nyquist eacute comumente chamado ruiacutedo teacutermico e a sua tensatildeo eficaz pode
ser calculado atraveacutes da ( 5 para uma resistecircncia eleacutetrica R
Vt= radic4∙k∙T∙B∙R=radic16times1020
∙B∙R ( 5 )
Figura 8 Eleacutetrodo de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios A representa o fio de prata B a soluccedilatildeo condutora C a esponja do reservatoacuterio e D material de policarbonato de natureza porosa onde se estabelece o contacto com a pele
16
16
onde k representa a constante de Boltzmann em JK T a temperatura da resistecircncia em K B
a banda equivalente de ruiacutedo e R o valor da resistecircncia em Ohm
Para o caacutelculo da banda equivalente de ruiacutedo considera-se que o sistema tem uma funccedilatildeo de
transferecircncia do tipo 1198810
119881119894frasl = 119860(119895119891) e estaacute sujeito a uma entrada de ruiacutedo de PSD 119878119881119894
Deste modo
obtemos que o valor meacutedio da tensatildeo de ruiacutedo na saiacuteda para um amplificador seraacute
1198811198990
2 = int 119878119881119894 |A(jf)|2 partfinfin
0
( 6 )
Sendo |119860(119895119891)| usualmente uma funccedilatildeo do tipo
Figura 9 Funccedilatildeo de um filtro passa-baixos |119912(119947119943)|
Uma vez que as regiotildees sombreadas satildeo iguais pode-se simplificar o caacutelculo atraveacutes da aacuterea
de um retacircngulo com a mesma aacuterea que o quadrado da funccedilatildeo de transferecircncia Temos entatildeo que a
banda equivalente eacute dada por
B=1
|A0|2int |A(jf)|2 partf
infin
0
( 7 )
Outro tipo de ruiacutedo presente nos equipamentos eletroacutenicos que eacute interessante estudar eacute o
ruiacutedo ldquoshotrdquo ou ruiacutedo de corrente (Ish) que como o nome indica estaacute associado agrave corrente DC que
flui atraveacutes de uma barreira de potencial e pode ser representado por
Ish= radic2∙q∙IDc∙B ( 8 )
Onde q representa a carga eletroacutenica em coulomb e IDC a corrente contiacutenua meacutedia em ampere
Finalmente outro tipo de ruiacutedo a estudar seraacute o ruiacutedo 1f ldquoflickerrdquo ou ruiacutedo de contacto (If)
que ocorre devido agraves diferenccedilas nos niacuteveis de energia eleacutetricos quando existe um contato imperfeito
entre dois materiais Este tipo de ruiacutedo pode ser calculado atraveacutes de
119868119891 = 119870 ∙ 119868119863119888 ∙ radic119861
radic119891 ( 9 )
Onde K eacute um valor constante que depende do material e da geometria
A baixas frequecircncias este ruiacutedo eacute chamado de ruiacutedo ldquo1frdquo devido agrave tendecircncia caracteriacutestica
de decrescimento com a frequecircncia Eacute importante notar que a magnitude do ruido ldquoflickerrdquo pode ser
17
17
muito grande para pequenas frequecircncias o que leva a que seja a forma de ruiacutedo predominante em
circuitos de baixa frequecircncia
Considerando o ruiacutedo total como adiccedilatildeo das contribuiccedilotildees dos vaacuterios tipos de ruiacutedo na
configuraccedilatildeo eleacutetrica adotada para um amplificador pode-se considerar que o ruiacutedo na entrada segue
a representaccedilatildeo da Figura 10 da qual eacute possiacutevel retirar que
1198681198992 =
1198811198991199052 minus 119881119899
2 minus 1198811199052
1198771199042 ( 10 )
Na praacutetica In pode ser calculado atraveacutes da PSD do ruiacutedo total obtido com uma resistecircncia
elevada de modo a que 1198811198990≫ 119860radic119881119899
2 ∙ 1198811199052 e que Vn eacute a PSD do sistema com a entrada em curto circuito
Figura 10 Circuito representativo dos componentes do ruiacutedo do amplificador na entrada segundo o modelo Vn-In
No corpo humano a captaccedilatildeo dos biopotenciais no escalpe estaacute sujeita agrave presenccedila de ruiacutedo
eleacutetrico intriacutenseco indesejado na interface eleacutetrodogelpele que faz com que o processo de deteccedilatildeo
e anaacutelise dos sinais bioloacutegicos reais seja mais complicado Eacute necessaacuterio por isso caracterizar e
conhecer a magnitude e origem destas flutuaccedilotildees de modo a caraterizar a qualidade dos eleacutetrodos
desenvolvidos
O ruiacutedo eleacutetrodo-pele pode estar ligado agrave interface entre o eleacutetrodo e o eletroacutelito ou entatildeo
agrave interface eletroacutelito-pele No primeiro caso esta situaccedilatildeo pode ser mensurada atraveacutes da colocaccedilatildeo
de eleacutetrodos do mesmo tipo um contra o outro Por outro lado o ruiacutedo produzido pela interface
eletroacutelito-pele deve ser mensurado de uma forma indireta atraveacutes do contacto direto entre o eleacutetrodo
e a pele Nesta situaccedilatildeo o ruiacutedo eacute tipicamente mais elevado do que o que se obteacutem na interface
eleacutetrodo-eletroacutelito [3] Uma vez que os resultados obtidos nestes ensaios dependem diretamente do
estado da pele eacute importante garantir um tratamento preacutevio adequado
18
18
261 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio do tempo RMS e Deriva do potencial
A raiz do valor quadraacutetico meacutedio RMS (do inglecircs root mean square) ou valor eficaz eacute uma
medida estatiacutestica da magnitude de uma quantidade variaacutevel que pode ser calculada atraveacutes da
expressatildeo
120600119877119872119878 = radic1
119873 sum120600119894
2
119873
119894=1
= radic1206001
2 + 12060022 + ⋯+ 120600119873
2
119873 ( 11 )
Nos sinais a estudar satildeo calculados os valores RMS da parte alternada do sinal em intervalos
de tempo sucessivos Destes valores eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees acerca da evoluccedilatildeo temporal do
sinal assim como a quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo
Por outro lado a deriva do potencial eacute calculada recorrendo agrave primeira derivada do sinal nos
diferentes pontos pela componente contiacutenua do sinal sendo portanto de natureza lenta Eacute possiacutevel
por isso analisar a deriva do potencial e o tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema atraveacutes do recurso desde
caacutelculo
262 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio das frequecircncias Densidade espectral
A densidade espectral de potecircncia PSD eacute definida pela transformada de Fourier da funccedilatildeo
de autocorrelaccedilatildeo (Rxx (120591)) de um processo estacionaacuterio ou seja
Teorema de Wiener-Khintchine 119878119909(119891) = F[Rxx(120591)]= int Rxx(120591)119890minus 1198952120587119891120591119889120591infin
minusinfin
( 12 )
Por outras palavras a PSD descreve a distribuiccedilatildeo da variacircncia de um processo aleatoacuterio no
domiacutenio da frequecircncia [27][28]
No Matlab esta estimaccedilatildeo eacute feita atraveacutes da funccedilatildeo pwelch jaacute implementada esta segue o
meacutetodo Welch para o caacutelculo da PSD Este meacutetodo eacute baseado no conceito de utilizaccedilatildeo de
periodogramas de estimaccedilatildeo espectral que satildeo o resultado da conversatildeo de um sinal no domiacutenio
temporal para o domiacutenio da frequecircncia [29] Para isso o meacutetodo Welch segue o fundamento do
meacutetodo Bartlett contudo permite a sobreposiccedilatildeo de segmentos [30]
O meacutetodo Bartlett consiste primeiramente na divisatildeo do segmento original de N amostras em
K segmentos de comprimento M Para cada segmento eacute obtido o periodograma calculado atraveacutes da
transformada discreta de Fourier de seguida eacute calculado o quadrado do resultado e dividido por M
Finalmente eacute feita a meacutedia do resultado dos periodogramas para todos os segmentos de K amostras
resultando num uacutenico vetor de potenciais em funccedilatildeo da frequecircncia Ou seja a reparticcedilatildeo da potecircncia
ao longo do espetro [28]
19
19
27 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo da impedacircncia
Um sistema eletroquiacutemico eacute aquele onde haacute a presenccedila de pelo menos uma fase condutora
eletroacutenica (eleacutetrodo) em contato direto com uma fase condutora ioacutenica (eletroacutelito) as quais originam
a interface eleacutetrodo-eletroacutelito onde se forma duma dupla camada eleacutetrica
A mediccedilatildeo da impedacircncia eletroquiacutemica em modo potenciostaacutetico eacute feita atraveacutes da
aplicaccedilatildeo de um sinal de potencial eleacutetrico sinusoidal 119881(119905) com cerca de 5 a 20 mV numa ceacutelula
eletroquiacutemica Satildeo medidas a resposta na forma de corrente eleacutetrica 119868(119905) e diferenccedila de fase entre
o sinal de potencial e o sinal da corrente [31] Ao medir a corrente alternada que atravessa a ceacutelula
eletroquiacutemica obtemos a impedacircncia Z da forma convencional 119885 = 119881119868 [32] Refira-se que a obtenccedilatildeo
da impedacircncia pode igualmente ser feita impondo uma perturbaccedilatildeo de corrente e medindo o
potencial A impedacircncia do eleacutetrodo reflete entatildeo a capacidade do eleacutetrodo para transferir carga a
determinada frequecircncia [32][33]
Deste modo tem-se se os valores da tensatildeo alternada V(t) e da intensidade I(t) forem
representados por
V(t)=V0∙ cos ωt
( 13 )
I(t)=I0∙ cos (ωt+φ) ( 14 )
No qual V0 representa a amplitude de pico do sinal 120596 a frequecircncia angular (120596 = 2120587119891) I0 a
amplitude do sinal de corrente e 120593 a diferenccedila de fase entre os dois sinais
Pela equaccedilatildeo de Euler
eiφ= cos φ +j sin φ ( 15 )
temos entatildeo que se φ=120596119905
V(t)= V0∙Re(ejωt) ( 16 )
representando essa tensatildeo alternada como uma parte real de uma grandeza complexa
temos que V(t) eacute equivalente a
V(t)=V0∙Re(119888119900119904120596119905 + 119895 ∙ 119904119894119899 120596119905) ( 17 )
Por outro lado atendendo agrave Equaccedilatildeo de Euler acima descrita a corrente eleacutetrica gerada
por um elemento de circuito em resposta a uma tensatildeo alternada pode ser escrita como
I(t)=I0∙Re(119890(120596119905+120593))
( 18 )
Deste modo a impedacircncia fica
Z(ω)=Z0∙ejφ
( 19 )
e aplicando a equaccedilatildeo de Euler
Z(ω)=Z ( cos φ + j sin φ ) ( 20 )
20
20
Obtemos uma equaccedilatildeo composta de uma parte real e uma parte imaginaacuteria possibilitando
assim a sua representaccedilatildeo num plano cartesiano onde a parte real corresponderaacute ao eixo das abcissas
e a parte imaginaria ao eixo das ordenadas (Diagrama de Nyquist)
Pode-se tambeacutem representar a impedacircncia como um vetor no plano complexo
Z (ω)=Re[Z(ω)]i +Im[Z(ω)]j ( 21 )
E se Z0 for o moacutedulo da impedacircncia a parte real de 119885(120596) escreve-se
Z=Z0∙ cos φ
( 22 )
sendo a parte imaginaacuteria representada por
Z=Z0∙ sin φ
( 23 )
que segundo a representaccedilatildeo de Fresnel corresponde a
Z(ω)=Z+ j Z
( 24 )
ou seja
1198850=|Z(ω)|=radicZ2+ Z
2 ( 25 )
e
tan φ = Z
Zfrasl ( 26 )
Os diagramas de Nyquist satildeo uacuteteis para reconhecer o tipo de processo envolvido Os diagramas
de Bode por outro lado mostram a dependecircncia direta do acircngulo de fase com a frequecircncia Este
uacuteltimo eacute particularmente interessante em escalas de frequecircncia muito diferentes uma vez que eacute
frequentemente representado atraveacutes da escala logariacutetmica portanto os resultados nos capiacutetulos
subsequentes seratildeo apresentados neste formato
21
21
A teacutecnica de Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica (do inglecircs Electrochemical
Impedance Spectroscopy - EIS) fornece uma visatildeo completa e detalhada das caracteriacutesticas eleacutetricas
da interface eleacutetrodo-eletroacutelito quando efetuada
numa gama suficientemente largada de frequecircncias
Na Figura 11 estaacute representado um esquema da
montagem experimental para mediccedilatildeo da
impedacircncia As reaccedilotildees eletroquiacutemicas satildeo em
essecircncia reaccedilotildees quiacutemicas em que ocorrem
transferecircncia de eletrotildees para um eleacutetrodo e como
regra ocorrem de acordo com princiacutepios quiacutemicos
gerais Haacute contudo certas caracteriacutesticas das
reaccedilotildees eletroquiacutemicas que satildeo uacutenicas Algumas
delas envolvem a transferecircncia de eletrotildees atraveacutes
de uma interface (reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo) o
que acarreta uma dependecircncia com as dimensotildees e
aacuterea do eleacutetrodo assim como tambeacutem das
propriedades da interface com o eleacutetrodo
Eacute habitual que os eleacutetrodos de AgAgCl apresentem potenciais relativamente baixos e
estaacuteveis Portanto a deposiccedilatildeo da camada de AgCl estabilizaraacute o potencial do eleacutetrodo e reduziraacute os
niacuteveis de impedacircncia Eacute de salientar que impedacircncias aceitaacuteveis para os eleacutetrodos de superfiacutecie devem
encontrar-se abaixo dos 5 k uma vez que quanto maior a impedacircncia maior seraacute a resistecircncia do
eleacutetrodo agrave passagem de corrente No entanto valores de 10 k ou mesmo 40 K ainda satildeo
considerados aceitaacuteveis dependendo dos autores [34][35]
Figura 11 Esquema representativo do ensaio potenciostaacutetico para mediccedilatildeo da impedacircncia
22
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Capiacutetulo 3 Materiais e meacutetodos
Materiais e meacutetodos
31 Preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes
Na preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes dissolveu-se cloreto de soacutedio (NaCl) em aacutegua
adicionando de seguida um tensioativo (tweencopy-80) e um humectante (propilenoglicol) As
concentraccedilotildees destes componentes variaram nas 3 soluccedilotildees conforme referido na Tabela 2 Conveacutem
referir que cada componente foi dissolvido em constante e contiacutenua agitaccedilatildeo numa placa de
agitaccedilatildeo tendo-se misturado primeiro o propilenogicol com o tweencopy e soacute depois com os restantes
compostos
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas
COMPONENTE INFORMACcedilAtildeO DO COMPONENTE SOLUCcedilAtildeO
1 2 3
NaCl (mV) VWR-BDH Prolabo Lote 27810295
09 09 09
Tweencopy-80 (VV) Acofarma
Lote 130287 3 3 5
Propilenoglicol(VV) Acofarma
Lote 131337 10 30 30
Aacutegua (VV) - qbp 100 qbp 100 qbp 100
A biocompatibilidade das mateacuterias-primas empregues para a obtenccedilatildeo das soluccedilotildees torna este
novo conceito de eleacutetrodo uma alternativa promissora para utilizaccedilatildeo cliacutenica Esta biocompatibilidade
estaacute inversamente relacionada com a concentraccedilatildeo de cloretos de soacutedio ou seja quanto menor a
concentraccedilatildeo tanto maior a biocompatibilidade das soluccedilotildees Por esse motivo as soluccedilotildees
desenvolvidas contavam com pequenas concentraccedilotildees de sais de modo a ser o mais semelhante
possiacutevel aos componentes ioacutenicos da proacutepria pele humana
24
24
32 Produccedilatildeo dos novos eleacutetrodos
321 Produccedilatildeo da estrutura porosa de policarbonato
A produccedilatildeo da estrutura porosa (wicks) foi realizada atraveacutes da sinterizaccedilatildeo de poacutes de
policarbonato (PC)
No que diz respeito ao processo de fabrico propriamente
dito o primeiro passo consistiu na moagem da mateacuteria-prima
(policarbonato) de seguida estas partiacuteculas foram sinterizadas
atraveacutes de um equipamento designado por cilindro de sinterizaccedilatildeo
Este cilindro foi aquecido a uma temperatura de asymp170degC e atingida
esta gama de temperaturas colocaram-se as partiacuteculas no molde
ldquoWickrdquo com as dimensotildees apresentadas na Figura 12 que se
encontrava dentro do cilindro central Procedeu-se
imediatamente ao encaixe do pistatildeo no cilindro central Para
finalizar mergulhou-se em aacutegua fria o cilindro central contendo o
molde deixando de seguida secar agrave temperatura ambiente [36]
322 Preparaccedilatildeo dos eleacutetrodos de pratacloreto de prata
Para a deposiccedilatildeo da camada de cloreto de prata nos fios de prata recorreu-se a uma teacutecnica
de deposiccedilatildeo quiacutemica Para isso os fios de prata (Ag) (diacircmetro = 250 miacutecron 9999 Goodfellow
Cambridge) foram oxidados com uma soluccedilatildeo de cloreto de ferro (III) (MERCK Lote 7705-08-0) apoacutes
um preacute-tratamento que permitiu a remoccedilatildeo de impurezas e sujidades presentes na superfiacutecie dos fios
Este preacute-tratamento consistiu na limpeza da superfiacutecie dos fios com 2-propanol e posterior imersatildeo
dos mesmos numa tina de ultrassons com 2-propanol durante 10 minutos De seguida mergulharam-
se os fios de prata em aacutegua destilada de forma a remover todo o 2-propanol presente Finalmente
o processo de oxidaccedilatildeo consistiu em submergir os fios de prata numa soluccedilatildeo aquosa de FeCl3 50 mM
durante 2 minutos ao finalizar este periacuteodo foram armazenados durante 24h num recipiente revestido
com folha de alumiacutenio que possuiacutea uma soluccedilatildeo de HCl 01M para estabilizaccedilatildeo Os fios que natildeo foram
utilizados imediatamente foram armazenados num recipiente revestido com folha de alumiacutenio com
uma soluccedilatildeo de HCl 0005M O comprimento de cada fio de prata eacute aproximadamente de 8 cm
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato
25
25
323 Montagem dos eleacutetrodos
Apoacutes o fabrico da estrutura porosa e da preparaccedilatildeo dos
fios de prata procedeu-se agrave montagem dos eleacutetrodos para isso
cortaram-se pequenas porccedilotildees de uma esponja em poliuretano
com configuraccedilatildeo ciliacutendrica e um diacircmetro semelhante ao da
parte superior da estrutura porosa De seguida atravessou-se esta
esponja com o fio de prata e inseriu-se o conjunto ldquoesponja +
arame de pratardquo dentro de um orifiacutecio superior que a estrutura
porosa possui Finalmente incorporou-se esta estrutura dentro de
um tubo de PVC de modo a atingir a configuraccedilatildeo apresentada na
Figura 13
33 Preparaccedilatildeo dos ensaios
Antes do iniacutecio dos ensaios os eleacutetrodos foram previamente lavados com 2-propanol e
colocados na estufa de modo a evaporar os resiacuteduos do aacutelcool Posteriormente foi aplicada a soluccedilatildeo
hidratante que se pretendia estudar de modo a que a esponja ficasse completamente embebida Desta
forma por uma parte os novos eleacutetrodos em estudo foram testados recorrendo agraves soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 e por outra os eleacutetrodos que serviram como controlo (eleacutetrodo de AgAgCl
(BIO EASYCAP GmbH Alemanha)) utilizaram o gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) Foram tambeacutem utilizados eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) como referecircncia
Para os estudos eletroquiacutemicos incorporaram-se os eleacutetrodos numa montagem constituiacuteda por
um potenciostatogalvanostato Gamry G-300 (Gamry Instruments USA) De modo a diminuir o ruiacutedo
eletroacutenico os ensaios foram todos realizados dentro de uma Gaiola de Faraday Eacute importante referir
que uma vez o nosso sistema de aquisiccedilatildeo de dados era ldquoearth groundedrdquo seguiu-se a sugestatildeo da
bula do Gamry e optou-se unicamente por ligar o ldquofloating groundrdquo agrave gaiola
34 Condiccedilotildees dos ensaios
A primeira parte do trabalho foi desenvolvida laquoIn vitroraquo com eleacutetrodos multipino foi feito
entatildeo um estudo do ruido eletroquiacutemico entre eleacutetrodos do mesmo tipo nas diferentes soluccedilotildees
referidas na Tabela 2 De seguida realizou-se um estudo das impedacircncias dos novos eleacutetrodos nas
diferentes soluccedilotildees seguidos por um estudo de controlo realizado nas mesmas condiccedilotildees com o
eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente e o correspondente gel hidratante Estes ensaios foram
reproduzidos 3 vezes uma vez que em estudos anteriores jaacute se tinha verificado uma boa
reprodutibilidade dos ensaios
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios
26
26
Na segunda fase dos estudos realizou-se uma avaliaccedilatildeo do ruido da impedacircncia vs frequecircncia
laquoIn vivoraquo com as diferentes soluccedilotildees Estes ensaios foram realizados em 8 voluntaacuterios saudaacuteveis 6 do
sexo feminino e 2 do masculino Deste modo consegue-se escolher uma soluccedilatildeo para avanccedilar ao
estaacutegio seguinte que consistia na mediccedilatildeo e comparaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos obtidos tanto
com os eleacutetrodos de controlo como com os eleacutetrodos multipino porosos com a soluccedilatildeo hidratante mais
adequada Os resultados foram obtidos com a participaccedilatildeo de 2 voluntaacuterios saudaacuteveis de ambos sexos
341 Ensaios laquoIn vitroraquo
3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito
Nos ensaios de ruiacutedo eletroquiacutemico apenas foram utilizados eleacutetrodos multipino porosos
Fig14 (b) sendo um ligado ao terminal do eleacutetrodo de trabalho e o outro ao terminal do eleacutetrodo de
referecircncia A distacircncia entre os eleacutetrodos foi controlada durante o decorrer dos ensaios optando-se
por uma distacircncia de 3 cm entre os dois eleacutetrodos Foi tambeacutem realizada uma montagem de controlo
nas mesmas condiccedilotildees contudo esta era constituiacuteda por dois eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel
Electro-Cap International Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA)
Estabelecida a montagem do sistema eletroacutenico procedeu-se agrave mediccedilatildeo do ruiacutedo eleacutetrico em
circuito aberto para isso recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software ldquoESA410 Data Acquisitionrdquo da Gamry
um software projetado especificamente para a aquisiccedilatildeo e anaacutelise de sinais de ruiacutedo eletroquiacutemico
[37] Para aquisiccedilatildeo dos dados o ESA410trade associa-se ao potenciostato Gamry que faz aquisiccedilatildeo dos
dados em modo potenciostaacutetico a recolha dos dados eacute feita em circuito aberto O teste para cada
eleacutetrodo foi realizado ao longo de 12 minutos com uma taxa de amostragem constante de 1000 Hz
ao longo de todo o teste e um filtro de 10 A frequecircncia de amostragem foi escolhida tendo em conta
o Teorema de Nyquist que afirma que a frequecircncia de amostragem de um sinal analoacutegico para que
possa posteriormente ser reconstituiacutedo com o miacutenimo de perda de informaccedilatildeo deve ser igual ou maior
a duas vezes a maior frequecircncia do espectro desse sinal 119861 le119891119904
2 Por outras palavras a frequecircncia
maacutexima do sinal de entrada deveraacute ser menor ou igual a metade da taxa de amostragem [38] Para
que isto seja conseguido o sistema incorpora um filtro passa-baixo ldquoanti-aliasrdquo (deixa passar baixas
frequecircncias mas atenua as frequecircncias maiores do que a frequecircncia de Nyquist) [39]
3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito
Na montagem eletroacutenica dos ensaios de impedacircncia o contra eleacutetrodo era representado por
um eleacutetrodo comercial de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) o eleacutetrodo de trabalho um
eleacutetrodo poroso multipino (cada ensaio com as suas diferentes soluccedilotildees) e o eleacutetrodo de referecircncia
um eleacutetrodo de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) Fig14 (a) Optou-se tambeacutem pela
27
27
implementaccedilatildeo de um controlo com eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap International
Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap International Inc USA)
A obtenccedilatildeo dos dados eacute feita atraveacutes da teacutecnica de espectroscopia de impedacircncia
eletroquiacutemica em modo potenciostaacuteticordquo presente no software EIS300TM da Gamry neste modo de
funcionamento eacute aquirido um espectro de impedacircncia ao longo do intervalo de frequecircncias de 10 kHz
ateacute 01 Hz com uma tensatildeo AC aplicada (5 mV RMS) da tensatildeo de desvio DC (0 V vs circuito aberto)
e representados 3 pontos por deacutecada
(a) (b)
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo
342 Ensaios laquoIn vivoraquo
3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele
De modo a mensurar o ruiacutedo
causado pela interface entre o eletroacutelito e
a pele procedeu-se agrave montagem de um
sistema semelhante ao utilizado nos
ensaios do ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito dentro
de uma gaiola de Faraday contudo estes
ensaios foram realizados laquoIn vivoraquo
procedendo-se agrave colocaccedilatildeo dos dois
eleacutetrodos na zona anterior da tiacutebia com
um espaccedilo entre eles de 3 cm (Figura 15)
apoacutes a superfiacutecie da pele ter sido limpa
com etanol a 70
A montagem contava com um sistema de seguranccedila inserido em seacuterie no sistema de mediccedilatildeo
e que corta a corrente se esta for superior a 100 microA
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
28
28
A mediccedilatildeo do ruido foi feita tendo em conta o tipo de eleacutetrodo tendo-se para isso optado por
fazer as mediccedilotildees com eleacutetrodos do mesmo tipo ou seja num primeiro ensaio mensurou-se o ruido
entre 2 eleacutetrodos de pratacloreto de prata com o respetivo gel hidratante e numa segunda
abordagem optou-se por mensurar o ruido entre dois dos eleacutetrodos porosos com as diferentes soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 Contudo foi controlada a pressatildeo da banda que fixava os eleacutetrodos porosos
agrave tiacutebia sendo estipulado o valor da pressatildeo no intervalo de 15N a 2N
Neste ensaio o primeiro eleacutetrodo encontra-se ligado aos terminais dos eleacutetrodos de trabalho
o segundo ao terminal da referecircncia e o cabo do ground foi ligado agrave gaiola
Os paracircmetros dos ensaios foram os mesmos que os utilizados para a mediccedilatildeo do ruido
eleacutetrodo-eletroacutelito apresentados na secccedilatildeo 3411 contudo o tempo de aquisiccedilatildeo de sinal foi
reduzido a 5 minutos de modo a minorar o tempo de exposiccedilatildeo dos voluntaacuterios aos exames
3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele
laquoIn vivoraquo estes ensaios foram feitos logo
apoacutes a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico portanto a
superfiacutecie da pele se encontrava limpa e a
colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos obedecia agrave regra dos 3 cm
de distacircncia entre eleacutetrodos e 15-2N de pressatildeo
Para a mediccedilatildeo da impedacircncia eacute utilizada uma
configuraccedilatildeo diferente como referido no capitulo
33 Satildeo portanto utilizados 2 eleacutetrodos
comerciais de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH
Alemanha) um como referecircncia e outro como
contra eleacutetrodo e o eleacutetrodo em estudo
propiamente dito seja este o comercial (controlo)
ou o novo eleacutetrodo (Figura 16)
Os resultados obtidos para as diferentes
frequecircncias aleacutem de poderem ser representados
pelo diagrama de Nyquist como referido anteriormente podem tambeacutem ser representados num
Diagrama de Bode Neste diagrama a distribuiccedilatildeo dos valores de impedacircncia por vaacuterias ordens de
grandeza eacute representada em coordenadas polares (magnitude log|119885| em funccedilatildeo de log120596 )
3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos primariamente limpou-se a superfiacutecie do
escalpe com aacutelcool a 70 de modo a minimizar a camada gordurosa da pele De seguida procedeu-se
agrave colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos Foram colocados dois eleacutetrodos de AgAgCl (comerciais) um de forma a
servir como controlo (posiccedilatildeo O2) e outro em curto-circuito com o ground e a referecircncia (posiccedilatildeo
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino
durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia
29
29
Fp2) O eleacutetrodo poroso em estudo colocou-se a cerca de 3 cm do eleacutetrodo de AgAgCl posiccedilatildeo O2
de modo a captar o mesmo sinal que o obtido pelo eleacutetrodo de controlo (Figura 17)
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos
35 Implementaccedilatildeo em Matlab
Apoacutes a importaccedilatildeo do ficheiro obtido nos ensaios de ruiacutedo para o Matlab foi criado um filtro
Butterworth de ordem 20 de 05 ateacute 40 Hz atraveacutes da funccedilatildeo jaacute implementada pelo Matlab
ldquofdesignbandpassrdquo De seguida eacute aplicado o filtro duas vezes A primeira desde o primeiro ponto ateacute
o uacuteltimo e o segundo na ordem inversa Deste modo consegue-se natildeo soacute uma filtragem dupla mas
tambeacutem o cancelamento da fase dos filtros Assim efetivamente o filtro utilizado eacute de ordem 40 de
fase nula
De seguida eacute dividido o ensaio em segmentos de 30 segundos rejeitando os primeiros 10
segundos do ensaio Para cada segmento natildeo sobreposto eacute calculado o valor RMS da tensatildeo a
densidade espectral de potecircncia atraveacutes da estimaccedilatildeo pwelch do Matlab e o declive meacutedio (primeira
derivada do sinal) Contudo no final eacute calculada tambeacutem a densidade espectral de potecircncia global
que eacute expressa em dB
30
30
31
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Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos
Resultados obtidos e discussatildeo
41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo
411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos
eleacutetrodos
Neste estudo eacute de extrema relevacircncia a eleiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante a utilizar Para isso
recorreu-se agrave realizaccedilatildeo de vaacuterios ensaios que possibilitassem uma avaliaccedilatildeo objetiva da resposta do
sistema Efetuou-se entatildeo primeiro uma anaacutelise do ruiacutedo ao longo de 12 minutos com os eleacutetrodos
multipino nas diferentes soluccedilotildees (um medido contra o outro) e a respetiva referecircncia de seguida
realizou-se um ensaio para mensurar a resistecircncia agrave passagem de corrente com os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees e a respetiva referecircncia
Assim sendo a Figura 18 revela a impedacircncia dos eleacutetrodos nas diferentes soluccedilotildees testadas
Nesta pode-se observar que a soluccedilatildeo 1 apresenta niacuteveis de impedacircncia ligeiramente mais baixos que
as restantes soluccedilotildees Contudo os seus niacuteveis encontram-se uma deacutecada acima dos valores obtidos
pelo eleacutetrodo e AgAgCl utilizado comercialmente com o respetivo gel hidratante Observa-se ainda
que os desvios padratildeo satildeo tatildeo baixos que quase natildeo satildeo percetiacuteveis o que significa que os ensaios satildeo
bastante reprodutiacuteveis Eacute tambeacutem importante notar que ao longo de todas as frequecircncias testadas
os valores de impedacircncia aleacutem de se encontrarem todos abaixo dos valores maacuteximos permitidos (20-
40 k) [35] encontram-se ainda abaixo dos 5 k referidos como valores de impedacircncia ideal por vaacuterios
fornecedores [40][41] o que eacute de extrema relevacircncia nos passos subsequentes de aquisiccedilatildeo do sinal
uma vez que eacute indispensaacutevel ter baixos niacuteveis de impedacircncia para conseguir captar ondas cerebrais
32
32
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Foram ainda feitas mediccedilotildees de ruiacutedo nas mesmas condiccedilotildees Realizando-se de seguida uma
anaacutelise no domiacutenio temporal e outra no domiacutenio das frequecircncias Para isso como foi referido no
capitulo 35 recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software Matlab A primeira anaacutelise eacute feita no domiacutenio
temporal (Figura 19 (a)) sob a forma de um graacutefico da tensatildeo meacutedia (RMS) em funccedilatildeo do tempo que
eacute obtida apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa-alto de modo a retirar a componente DC do sinal e assim
obter um sinal de ruiacutedo para altas frequecircncias que seraacute representado em periacuteodos de 30 segundos
Deste modo eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees da quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo de
estabilizaccedilatildeo do eleacutetrodo O que se observa eacute que os niacuteveis de ruiacutedo ao longo do tempo variam entre
185 microV ateacute 2 microV o que equivale a uma variaccedilatildeo maacutexima de 015 microV tanto para os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees como para o eleacutetrodo de AgAgCl no respetivo gel hidratante Observa-se
ainda que aleacutem das pequenas variaccedilotildees ao longo do tempo o desvio padratildeo para todas as soluccedilotildees eacute
muito semelhante sugerindo que natildeo haacute diferenccedilas significativas a niacutevel das soluccedilotildees implementadas
Eacute ainda de salientar que natildeo se observa nenhuma evoluccedilatildeo de ruiacutedo ao longo do tempo o que sugere
uma estabilizaccedilatildeo do sistema muito raacutepida A segunda anaacutelise no domiacutenio temporal corresponde ao
declive meacutedio (Figura 19 (b)) foi realizada recorrendo agrave primeira derivada do sinal em DC obtido a
cada 30 segundos Deste graacutefico eacute possiacutevel retirar informaccedilatildeo referente agrave deriva do potencial e ao
tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema Assim recorrendo agrave sua visualizaccedilatildeo observa-se que a
estabilizaccedilatildeo eacute feita de forma semelhante para todas as soluccedilotildees Contudo a soluccedilatildeo 3 apresenta
menos variaccedilotildees ao longo do tempo valores mais proacuteximos de zero e maior reprodutibilidade entre
ensaios Finalmente o teste de controlo efetuado com os eleacutetrodos comerciais de AgAgCl no gel
aparentam ser ligeiramente menos estaacuteveis contudo os valores se encontram na mesma gama de
tensotildees
33
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Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Para concluir realizou-se uma anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias para isso recorreu-se ao
graacutefico da densidade espectral de tensatildeo (Figura 20) Nele observa-se que os resultados do ruiacutedo do
sinal aumentam com a diminuiccedilatildeo das frequecircncias numa proporccedilatildeo 119903119906iacute119889119900 ~ 1 119891119903119890119902119906ecirc119899119888119894119886frasl
confirmando os estudos feitos por E Huigen em 2002 [20] No entanto estes tendem a estabilizar a
partir dos 10 Hz em valores proacuteximos dos -238 dB Eacute de referir que a para frequecircncias elevadas o
sinal de ruiacutedo eacute determinado pelo ruiacutedo do amplificador e natildeo pelo ruiacutedo da interface metal-eletroacutelito
uma vez que este eacute significativamente menor do que o ruiacutedo do amplificador impedindo assim a sua
mediccedilatildeo mesmo com equipamentos de baixo ruiacutedo [20]
34
34
Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
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a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
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Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
37
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Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
38
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Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
39
39
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
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Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
41
41
Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
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Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
43
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Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
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Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
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Anexos
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de corrente natildeo elevada e os seus niacuteveis de impedacircncia satildeo estaacuteveis ao longo de uma ampla gama de
frequecircncias
Contudo o material natildeo eacute o uacutenico paracircmetro que varia para escolher um eleacutetrodo Dependendo
das necessidades existem tambeacutem variedades morfoloacutegicas como os eleacutetrodos invasivos e os natildeo-
invasivos
2211 Eleacutetrodos invasivos
Dentro dos eleacutetrodos invasivos (intracranianos) os mais utilizados satildeo os eleacutetrodos profundos
intracerebrais e os subdurais [13] Os primeiros consistem em eleacutetrodos em forma de agulha feitos
de material flexiacutevel com muacuteltiplos pontos de contacto para registo Satildeo ideais para o registo de
atividade em aacutereas distantes da superfiacutecie Proporcionam ainda um registo preciso da regiatildeo
volumeacutetrica adjacente a cada ponto de registo no entanto a extensatildeo da dita aacuterea eacute limitada [18]
Portanto o uso deste tipo de eleacutetrodos eacute ideal apoacutes os resultados dos exames natildeo-invasivos sugerirem
um ldquoalvordquo provaacutevel Os eleacutetrodos subdurais que podem ser do tipo placa ou tira de silicone com
muacuteltiplos contatos de registo satildeo ideais para o registo de aacutereas extensas do coacutertex [14] Contudo os
eleacutetrodos subdurais podem natildeo registar adequadamente alteraccedilotildees localizadas em profundidade
Este tipo de eleacutetrodos deve apresentar dimensotildees reduzidas de modo a que o dano provocado no
tecido cerebral seja miacutenimo Devem tambeacutem apresentar locais de aplicaccedilatildeo suficientes para recolher
potenciais de muitos neuroacutenios simultaneamente No entanto devido agrave sua natureza altamente
invasiva soacute satildeo usados em casos especiais em que o seu uso pode trazer grandes benefiacutecios para o
paciente
2212 Eleacutetrodos natildeo invasivos
O foco deste estudo centra-se nos eleacutetrodos natildeo invasivos eleacutetrodos colocados na superfiacutecie do
escalpe O contacto entre o eleacutetrodo e a pele eacute facilitado (impedacircncia reduzida) pela utilizaccedilatildeo de
gel e se for esse o caso estaacute-se perante o caso dos eleacutetrodos huacutemidos Contudo a aplicaccedilatildeo deste
gel requer uma preparaccedilatildeo preacutevia da pele que por vezes pode ser demorada suscetiacutevel de
desencadear reaccedilotildees aleacutergicas e desconfortaacutevel para o paciente [3] Surgiu entatildeo a alternativa dos
eleacutetrodos secos eleacutetrodos capazes de aquirir sinais que dispensam a utilizaccedilatildeo de soluccedilotildees todavia
como resultado da ausecircncia do gel ou pasta condutora a impedacircncia interfacial eacute muito mais elevada
tornando indispensaacutevel a integraccedilatildeo de um andar de preacute-amplificaccedilatildeo no eleacutetrodo
Procurando contornar as dificuldades de cada teacutecnica optou-se pelo desenvolvimento de um
bioeleacutetrodo inovador que dispensa a utilizaccedilatildeo de gel mas que apesar disso manteacutem um bom contacto
com a pele humidificando-a
Entre os materiais disponiacuteveis para a fabricaccedilatildeo de eleacutetrodos encontram-se o accedilo inoxidaacutevel o
ouro (Au) o oacutexido de iriacutedio (IrO2)) a prata (Ag) etc [14] tendo-se optado por utilizar um fio de
prata revestido com uma fina camada de cloreto de prata uma vez que os eleacutetrodos fabricados com
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este material apresentam niacuteveis de ruiacutedo reduzidos grande estabilidade do potencial eleacutetrico na gama
de frequecircncias utilizada e uma impedacircncia interfacial baixa [14][19]
23 Interface do eleacutetrodo com a pele
A pele eacute um oacutergatildeo que cobre e protege o corpo e que se observa estar organizado em muacuteltiplas
camadas Eacute composta de trecircs camadas principais a epiderme a derme e a hipoderme cada uma
delas com carateriacutesticas estruturais especiacuteficas que levam a diferentes niacuteveis de condutividade
eleacutetrica e que podem ser representados atraveacutes de modelos baseados em componentes eleacutetricos
baacutesicos [14] Podemos entatildeo do ponto de vista eleacutetrico simular os tecidos bioloacutegicos a partir de um
circuito eleacutetrico formado por resistecircncias e condensadores dispostos em redes com seacuteries e paralelos
agindo estes como condutores ou dieleacutetricos nos quais o fluxo de corrente seguiraacute o caminho de
menor oposiccedilatildeo (Figura 7) Um exemplo ilustrativo desta situaccedilatildeo estaacute representado para o stratum
corneum a camada mais perifeacuterica da epiderme como este tecido eacute relativamente pouco condutor
apresenta uma elevada impedacircncia agrave transmissatildeo das correntes eleacutetricas [20] Assim devido agraves suas
propriedades dieleacutetricas a sua pequena espessura e o seu posicionamento entre o eleacutetrodo condutor
exterior e os tecidos subjacentes mais condutores eacute possiacutevel a sua representaccedilatildeo por meio de um
condensador de placas paralelas
Figura 7 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da interface com a pele e
o seu modelo de circuito eletroacutenico equivalente Adaptado de [14]
O valor da capacidade eleacutetrica da pele estaacute relacionado com a espessura e composiccedilatildeo da camada
coacuternea e tem um valor tiacutepico no intervalo 002-006 microFcm2 [14]
Por outro lado uma vez que alguns iotildees conseguem atravessar o stratum corneum atraveacutes dos
elementos da pele (foliacuteculos do cabelo suor canais das glacircndulas sebaacuteceas imperfeiccedilotildees da pele)
isso pode ser representado coletivamente por uma resistecircncia que seraacute colocada em paralelo com o
condensador Como as camadas subjacentes agrave epiderme satildeo relativamente condutoras representam-
se por uma resistecircncia em seacuterie adicional A presenccedila de uma elevada densidade de foliacuteculos pilosos
(que atuam como derivaccedilotildees de baixa resistecircncia) daacute origem a um valor muito baixo na resistecircncia da
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13
pele No entanto esta observaccedilatildeo eacute contrabalanccedilada pela dificuldade em fazer contato mecacircnico e
eleacutetrico firme Em tais casos a impedacircncia da pele eacute muito elevada e por vezes eacute necessaacuterio recorrer
agrave remoccedilatildeo dos pelos antes de realizar o exame [14]
231 Hidrataccedilatildeo da pele
O processo de hidrataccedilatildeo da pele humana acontece por duas vias a interna e a externa [21] No
caso da via interna isto acontece quando os queratinoacutecitos migram atraveacutes da derme e sofrem
alteraccedilotildees significativas uma vez que paralelamente a esse processo satildeo libertados liacutepidos e o fator
de hidrataccedilatildeo natural da pele (NMF - Natural moisturizer factor) No caso dos liacutepidos estes formam
uma barreira para a perda de aacutegua e ajudam a reter a hidrataccedilatildeo natural da pele Jaacute no caso da
hidrataccedilatildeo por via externa esta acontece quando introduzimos na pele substacircncias cosmeacuteticas e
farmacecircuticas com capacidades de humedecer as camadas externas da pele para isso na produccedilatildeo
destas substacircncias satildeo utilizadas principalmente trecircs tipos de ingredientes (1) os humectantes que
Incluem a glicerina a ureia e o aacutecido carboxiacutelico da pirrolidona (PCA) que atuam atraindo a aacutegua das
camadas inferiores da derme e ajudando a manter essa aacutegua no estrato coacuterneo (2) os agentes oclusivos
que aumentam os niacuteveis de humidade proporcionando uma barreira fiacutesica para a perda de aacutegua (ceras
oacuteleos e silicones) (3) os emolientes que procuram restaurar os NMF [21]
2311 O gel para utilizaccedilatildeo com os eleacutetrodos
O gel utilizado nos eleacutetrodos serve para (1) assegurar um bom contacto eleacutetrico com a pele do
paciente (2) facilitar a transferecircncia de carga na interface eleacutetrodo-eletroacutelito e assim (3) diminuir
a impedacircncia do estrato coacuterneo [14]
Existem dois tipos de gel o gel huacutemido normalmente denominados como pasta creme ou
substacircncia gelatinosa e o hidrogel Os primeiros satildeo geralmente compostos por aacutegua um agente
espessante bactericidasfungicidas sais ioacutenicos e um surfatante O sal ioacutenico tem como finalidade
conferir condutividade eleacutetrica ao gel e diminuir a impedacircncia eleacutetrica da pele atraveacutes da sua difusatildeo
na mesma Normalmente os sais utilizados satildeo o cloreto de soacutedio (NaCl) ou de potaacutessio (KCl) uma vez
que a maior parte dos iotildees presentes na superfiacutecie da pele humana satildeo o cloreto o soacutedio e o potaacutessio
permitindo assim que elevadas concentraccedilotildees destes sais sejam melhor toleradas pelo corpo
[14][18][22] Por outro lado o hidrogel eacute um gel soacutelido que incorpora hidrocoloacuteides naturais no
entanto a utilizaccedilatildeo destes agentes naturais por vezes provoca desempenhos variaacuteveis e cores pouco
atrativas levando assim agrave utilizaccedilatildeo de hidrocoloacuteides artificiais de modo a eliminar variabilidades
indesejadas
O hidrogel tecircm tendecircncia a causar menos irritaccedilotildees na pele quando comparado com o gel huacutemido
porque o hidrogel limita-se a garantir um bom contato eleacutetrico entre a pele e o eleacutetrodo sem afetar
as propriedades do stratum corneum [14]
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O hidrogel eacute eletricamente mais resistivo do que o gel no entanto esta desvantagem eacute
compensada tanto pela utilizaccedilatildeo de maiores aacutereas com hidrogel como tambeacutem pela diminuiccedilatildeo da
espessura da camada do mesmo Contudo isto natildeo eacute suficiente uma vez que o hidrogel natildeo eacute tatildeo
eficaz na hidrataccedilatildeo da pele (tem tendecircncia a absorver humidade) dando assim como resultado um
aumento na impedacircncia da pele [14]
24 Teacutecnicas de revestimento da prata com cloreto de prata
Finas camadas de um determinado metal depositado sobre um substrato desemprenham
muitas vezes uma funccedilatildeo essencial em muitos dispositivos como por exemplo nos circuitos integrados
No caso dos eleacutetrodos eacute necessaacuterio revestir os fios de prata com finas camadas de cloreto de prata
com o intuito de auxiliar a concretizaccedilatildeo das trocas ioacutenicas referidas no capiacutetulo 1 equaccedilatildeo (1) de
modo a ter-se uma transduccedilatildeo do sinal ioacutenico num sinal eleacutetrico de forma eficaz e reversiacutevel Estas
camadas devem apresentar caracteriacutesticas rigorosamente controladas A espessura a estrutura
atoacutemica e a composiccedilatildeo quiacutemica devem ser uniformes [14][18] Eacute tambeacutem importante que exista
pouca ou nenhuma contaminaccedilatildeo por outras partiacuteculas
As propriedades dos filmes satildeo altamente dependentes dos processos de deposiccedilatildeo Estes
devem ter boa aderecircncia e prover uma boa cobertura Deste modo para a preparaccedilatildeo da prata para
eleacutetrodos a teacutecnica a utilizar deve ser a deposiccedilatildeo eletroquiacutemica atraveacutes de um processo que envolve
a deposiccedilatildeo de um material soacutelido por meio de uma reaccedilatildeo quiacutemica com ou sem recurso a energia
externa Neste caso os substratos de prata satildeo submersos numa soluccedilatildeo contendo um agente oxidante
(por exemplo cloreto feacuterrico) produzindo assim uma fina camada de cloreto de prata ( ( 4)
Ag + + FCl3 FeCl2 + Ag ( 4 )
Em geral a deposiccedilatildeo por electroless plating de um metal envolve a deposiccedilatildeo de um
revestimento metaacutelico a partir dos seus iotildees presentes num banho aquoso sobre uma superfiacutecie atraveacutes
de uma reaccedilatildeo de reduccedilatildeo quiacutemica controlada que eacute ativada pelo metal que estaacute a ser depositado
(reduzido) [23] Os revestimentos obtidos atraveacutes da implementaccedilatildeo desta teacutecnica satildeo geralmente
uniformes duros com elevadas resistecircncias agrave corrosatildeo e ao desgaste e apresentam baixo coeficiente
de fricccedilatildeo [24][25]
Existe contudo uma enorme variedade de meacutetodos eletroquiacutemicos que permitem a
oxidaccedilatildeodeposiccedilatildeo de finas camadas de cloreto de prata tais como a deposiccedilatildeo assistida por plasma
ou por feixes de iotildees o sputtering a deposiccedilatildeo quiacutemica e a deposiccedilatildeo fiacutesica em fase de vapor etc
[25] Todavia a execuccedilatildeo destes processos envolve a utilizaccedilatildeo de equipamentos altamente
especializados em ambiente de vaacutecuo vaacuterias soluccedilotildees e um campo eleacutetrico de modo a possibilitar a
transformaccedilatildeo de energia quiacutemica em energia eleacutetrica e vice-versa Finalmente um meacutetodo tambeacutem
bastante usado eacute a sinterizaccedilatildeo de poacute de cloreto de prata sobre o substrato metaacutelico dando origem
a um revestimento espesso e poroso
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15
25 Novo conceito de eleacutetrodo
O desenvolvimento do novo tipo de bioeleacutetrodo busca
colmatar as lacunas presentes nos eleacutetrodos disponiacuteveis
comercialmente (dos tipos huacutemido e seco) Tentando manter as
melhores carateriacutesticas de cada tipo de eleacutetrodo Para isso eacute
necessaacuterio desenvolver o eleacutetrodo com materiais condutores que
possibilitem as trocas ioacutenicas e aleacutem disso tenha a capacidade
de manter huacutemido o ponto de contacto com a pele de forma a
diminuir a impedacircncia na interface mas sem usar pastas ou gel
que sujam a pele
A hidrataccedilatildeo da pele por via externa nos ensaios a
realizar eacute feita atraveacutes da aplicaccedilatildeo de diferentes soluccedilotildees
hidratantes que se encontram embebidas numa esponja num
reservatoacuterio existente no eleacutetrodo (Figura 8) Estas soluccedilotildees tecircm a capacidade de migrar atraveacutes do
eleacutetrodo atraveacutes do efeito de capilaridade e gravidade uma vez que a base do eleacutetrodo eacute feita de
policarbonato com porosidade aberta adequada ao fenoacutemeno da capilaridade
O desenvolvimento deste bioeleacutetrodo inovador possibilita tambeacutem uma colocaccedilatildeo raacutepida
coacutemoda e segura Uma vez que estes passam a ser colocados com uma touca
Finalmente eacute tambeacutem importante referir que a forma do eleacutetrodo em multipino permitiraacute
numerosos pontos de contacto de modo a minimizar a impedacircncia do mesmo contribuindo para a
obtenccedilatildeo de melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
26 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
O ruiacutedo eacute um sinal interferente de natureza aleatoacuteria que provoca a degradaccedilatildeo de sinal
durante o seu processamento Em eletroacutenica diz respeito a quaisquer correntes ou tensotildees indesejadas
que mascaram o sinal que realmente interessa
Nos dispositivos e circuitos eletroacutenicos existem inuacutemeras fontes de ruiacutedo dai a importacircncia
na sua caraterizaccedilatildeo
Um tipo importante de ruiacutedo eacute o ruiacutedo de Johnson-Nyquist presente nos portadores de carga
e em todos os elementos com resistecircncia eleacutetrica Este tipo de ruiacutedo eacute caraterizado por uma densidade
espectral de potecircncia (do inglecircs power spectral density - PSD) uniforme e forma de onda gaussiana
[26]
O ruiacutedo de Johnson-Nyquist eacute comumente chamado ruiacutedo teacutermico e a sua tensatildeo eficaz pode
ser calculado atraveacutes da ( 5 para uma resistecircncia eleacutetrica R
Vt= radic4∙k∙T∙B∙R=radic16times1020
∙B∙R ( 5 )
Figura 8 Eleacutetrodo de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios A representa o fio de prata B a soluccedilatildeo condutora C a esponja do reservatoacuterio e D material de policarbonato de natureza porosa onde se estabelece o contacto com a pele
16
16
onde k representa a constante de Boltzmann em JK T a temperatura da resistecircncia em K B
a banda equivalente de ruiacutedo e R o valor da resistecircncia em Ohm
Para o caacutelculo da banda equivalente de ruiacutedo considera-se que o sistema tem uma funccedilatildeo de
transferecircncia do tipo 1198810
119881119894frasl = 119860(119895119891) e estaacute sujeito a uma entrada de ruiacutedo de PSD 119878119881119894
Deste modo
obtemos que o valor meacutedio da tensatildeo de ruiacutedo na saiacuteda para um amplificador seraacute
1198811198990
2 = int 119878119881119894 |A(jf)|2 partfinfin
0
( 6 )
Sendo |119860(119895119891)| usualmente uma funccedilatildeo do tipo
Figura 9 Funccedilatildeo de um filtro passa-baixos |119912(119947119943)|
Uma vez que as regiotildees sombreadas satildeo iguais pode-se simplificar o caacutelculo atraveacutes da aacuterea
de um retacircngulo com a mesma aacuterea que o quadrado da funccedilatildeo de transferecircncia Temos entatildeo que a
banda equivalente eacute dada por
B=1
|A0|2int |A(jf)|2 partf
infin
0
( 7 )
Outro tipo de ruiacutedo presente nos equipamentos eletroacutenicos que eacute interessante estudar eacute o
ruiacutedo ldquoshotrdquo ou ruiacutedo de corrente (Ish) que como o nome indica estaacute associado agrave corrente DC que
flui atraveacutes de uma barreira de potencial e pode ser representado por
Ish= radic2∙q∙IDc∙B ( 8 )
Onde q representa a carga eletroacutenica em coulomb e IDC a corrente contiacutenua meacutedia em ampere
Finalmente outro tipo de ruiacutedo a estudar seraacute o ruiacutedo 1f ldquoflickerrdquo ou ruiacutedo de contacto (If)
que ocorre devido agraves diferenccedilas nos niacuteveis de energia eleacutetricos quando existe um contato imperfeito
entre dois materiais Este tipo de ruiacutedo pode ser calculado atraveacutes de
119868119891 = 119870 ∙ 119868119863119888 ∙ radic119861
radic119891 ( 9 )
Onde K eacute um valor constante que depende do material e da geometria
A baixas frequecircncias este ruiacutedo eacute chamado de ruiacutedo ldquo1frdquo devido agrave tendecircncia caracteriacutestica
de decrescimento com a frequecircncia Eacute importante notar que a magnitude do ruido ldquoflickerrdquo pode ser
17
17
muito grande para pequenas frequecircncias o que leva a que seja a forma de ruiacutedo predominante em
circuitos de baixa frequecircncia
Considerando o ruiacutedo total como adiccedilatildeo das contribuiccedilotildees dos vaacuterios tipos de ruiacutedo na
configuraccedilatildeo eleacutetrica adotada para um amplificador pode-se considerar que o ruiacutedo na entrada segue
a representaccedilatildeo da Figura 10 da qual eacute possiacutevel retirar que
1198681198992 =
1198811198991199052 minus 119881119899
2 minus 1198811199052
1198771199042 ( 10 )
Na praacutetica In pode ser calculado atraveacutes da PSD do ruiacutedo total obtido com uma resistecircncia
elevada de modo a que 1198811198990≫ 119860radic119881119899
2 ∙ 1198811199052 e que Vn eacute a PSD do sistema com a entrada em curto circuito
Figura 10 Circuito representativo dos componentes do ruiacutedo do amplificador na entrada segundo o modelo Vn-In
No corpo humano a captaccedilatildeo dos biopotenciais no escalpe estaacute sujeita agrave presenccedila de ruiacutedo
eleacutetrico intriacutenseco indesejado na interface eleacutetrodogelpele que faz com que o processo de deteccedilatildeo
e anaacutelise dos sinais bioloacutegicos reais seja mais complicado Eacute necessaacuterio por isso caracterizar e
conhecer a magnitude e origem destas flutuaccedilotildees de modo a caraterizar a qualidade dos eleacutetrodos
desenvolvidos
O ruiacutedo eleacutetrodo-pele pode estar ligado agrave interface entre o eleacutetrodo e o eletroacutelito ou entatildeo
agrave interface eletroacutelito-pele No primeiro caso esta situaccedilatildeo pode ser mensurada atraveacutes da colocaccedilatildeo
de eleacutetrodos do mesmo tipo um contra o outro Por outro lado o ruiacutedo produzido pela interface
eletroacutelito-pele deve ser mensurado de uma forma indireta atraveacutes do contacto direto entre o eleacutetrodo
e a pele Nesta situaccedilatildeo o ruiacutedo eacute tipicamente mais elevado do que o que se obteacutem na interface
eleacutetrodo-eletroacutelito [3] Uma vez que os resultados obtidos nestes ensaios dependem diretamente do
estado da pele eacute importante garantir um tratamento preacutevio adequado
18
18
261 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio do tempo RMS e Deriva do potencial
A raiz do valor quadraacutetico meacutedio RMS (do inglecircs root mean square) ou valor eficaz eacute uma
medida estatiacutestica da magnitude de uma quantidade variaacutevel que pode ser calculada atraveacutes da
expressatildeo
120600119877119872119878 = radic1
119873 sum120600119894
2
119873
119894=1
= radic1206001
2 + 12060022 + ⋯+ 120600119873
2
119873 ( 11 )
Nos sinais a estudar satildeo calculados os valores RMS da parte alternada do sinal em intervalos
de tempo sucessivos Destes valores eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees acerca da evoluccedilatildeo temporal do
sinal assim como a quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo
Por outro lado a deriva do potencial eacute calculada recorrendo agrave primeira derivada do sinal nos
diferentes pontos pela componente contiacutenua do sinal sendo portanto de natureza lenta Eacute possiacutevel
por isso analisar a deriva do potencial e o tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema atraveacutes do recurso desde
caacutelculo
262 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio das frequecircncias Densidade espectral
A densidade espectral de potecircncia PSD eacute definida pela transformada de Fourier da funccedilatildeo
de autocorrelaccedilatildeo (Rxx (120591)) de um processo estacionaacuterio ou seja
Teorema de Wiener-Khintchine 119878119909(119891) = F[Rxx(120591)]= int Rxx(120591)119890minus 1198952120587119891120591119889120591infin
minusinfin
( 12 )
Por outras palavras a PSD descreve a distribuiccedilatildeo da variacircncia de um processo aleatoacuterio no
domiacutenio da frequecircncia [27][28]
No Matlab esta estimaccedilatildeo eacute feita atraveacutes da funccedilatildeo pwelch jaacute implementada esta segue o
meacutetodo Welch para o caacutelculo da PSD Este meacutetodo eacute baseado no conceito de utilizaccedilatildeo de
periodogramas de estimaccedilatildeo espectral que satildeo o resultado da conversatildeo de um sinal no domiacutenio
temporal para o domiacutenio da frequecircncia [29] Para isso o meacutetodo Welch segue o fundamento do
meacutetodo Bartlett contudo permite a sobreposiccedilatildeo de segmentos [30]
O meacutetodo Bartlett consiste primeiramente na divisatildeo do segmento original de N amostras em
K segmentos de comprimento M Para cada segmento eacute obtido o periodograma calculado atraveacutes da
transformada discreta de Fourier de seguida eacute calculado o quadrado do resultado e dividido por M
Finalmente eacute feita a meacutedia do resultado dos periodogramas para todos os segmentos de K amostras
resultando num uacutenico vetor de potenciais em funccedilatildeo da frequecircncia Ou seja a reparticcedilatildeo da potecircncia
ao longo do espetro [28]
19
19
27 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo da impedacircncia
Um sistema eletroquiacutemico eacute aquele onde haacute a presenccedila de pelo menos uma fase condutora
eletroacutenica (eleacutetrodo) em contato direto com uma fase condutora ioacutenica (eletroacutelito) as quais originam
a interface eleacutetrodo-eletroacutelito onde se forma duma dupla camada eleacutetrica
A mediccedilatildeo da impedacircncia eletroquiacutemica em modo potenciostaacutetico eacute feita atraveacutes da
aplicaccedilatildeo de um sinal de potencial eleacutetrico sinusoidal 119881(119905) com cerca de 5 a 20 mV numa ceacutelula
eletroquiacutemica Satildeo medidas a resposta na forma de corrente eleacutetrica 119868(119905) e diferenccedila de fase entre
o sinal de potencial e o sinal da corrente [31] Ao medir a corrente alternada que atravessa a ceacutelula
eletroquiacutemica obtemos a impedacircncia Z da forma convencional 119885 = 119881119868 [32] Refira-se que a obtenccedilatildeo
da impedacircncia pode igualmente ser feita impondo uma perturbaccedilatildeo de corrente e medindo o
potencial A impedacircncia do eleacutetrodo reflete entatildeo a capacidade do eleacutetrodo para transferir carga a
determinada frequecircncia [32][33]
Deste modo tem-se se os valores da tensatildeo alternada V(t) e da intensidade I(t) forem
representados por
V(t)=V0∙ cos ωt
( 13 )
I(t)=I0∙ cos (ωt+φ) ( 14 )
No qual V0 representa a amplitude de pico do sinal 120596 a frequecircncia angular (120596 = 2120587119891) I0 a
amplitude do sinal de corrente e 120593 a diferenccedila de fase entre os dois sinais
Pela equaccedilatildeo de Euler
eiφ= cos φ +j sin φ ( 15 )
temos entatildeo que se φ=120596119905
V(t)= V0∙Re(ejωt) ( 16 )
representando essa tensatildeo alternada como uma parte real de uma grandeza complexa
temos que V(t) eacute equivalente a
V(t)=V0∙Re(119888119900119904120596119905 + 119895 ∙ 119904119894119899 120596119905) ( 17 )
Por outro lado atendendo agrave Equaccedilatildeo de Euler acima descrita a corrente eleacutetrica gerada
por um elemento de circuito em resposta a uma tensatildeo alternada pode ser escrita como
I(t)=I0∙Re(119890(120596119905+120593))
( 18 )
Deste modo a impedacircncia fica
Z(ω)=Z0∙ejφ
( 19 )
e aplicando a equaccedilatildeo de Euler
Z(ω)=Z ( cos φ + j sin φ ) ( 20 )
20
20
Obtemos uma equaccedilatildeo composta de uma parte real e uma parte imaginaacuteria possibilitando
assim a sua representaccedilatildeo num plano cartesiano onde a parte real corresponderaacute ao eixo das abcissas
e a parte imaginaria ao eixo das ordenadas (Diagrama de Nyquist)
Pode-se tambeacutem representar a impedacircncia como um vetor no plano complexo
Z (ω)=Re[Z(ω)]i +Im[Z(ω)]j ( 21 )
E se Z0 for o moacutedulo da impedacircncia a parte real de 119885(120596) escreve-se
Z=Z0∙ cos φ
( 22 )
sendo a parte imaginaacuteria representada por
Z=Z0∙ sin φ
( 23 )
que segundo a representaccedilatildeo de Fresnel corresponde a
Z(ω)=Z+ j Z
( 24 )
ou seja
1198850=|Z(ω)|=radicZ2+ Z
2 ( 25 )
e
tan φ = Z
Zfrasl ( 26 )
Os diagramas de Nyquist satildeo uacuteteis para reconhecer o tipo de processo envolvido Os diagramas
de Bode por outro lado mostram a dependecircncia direta do acircngulo de fase com a frequecircncia Este
uacuteltimo eacute particularmente interessante em escalas de frequecircncia muito diferentes uma vez que eacute
frequentemente representado atraveacutes da escala logariacutetmica portanto os resultados nos capiacutetulos
subsequentes seratildeo apresentados neste formato
21
21
A teacutecnica de Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica (do inglecircs Electrochemical
Impedance Spectroscopy - EIS) fornece uma visatildeo completa e detalhada das caracteriacutesticas eleacutetricas
da interface eleacutetrodo-eletroacutelito quando efetuada
numa gama suficientemente largada de frequecircncias
Na Figura 11 estaacute representado um esquema da
montagem experimental para mediccedilatildeo da
impedacircncia As reaccedilotildees eletroquiacutemicas satildeo em
essecircncia reaccedilotildees quiacutemicas em que ocorrem
transferecircncia de eletrotildees para um eleacutetrodo e como
regra ocorrem de acordo com princiacutepios quiacutemicos
gerais Haacute contudo certas caracteriacutesticas das
reaccedilotildees eletroquiacutemicas que satildeo uacutenicas Algumas
delas envolvem a transferecircncia de eletrotildees atraveacutes
de uma interface (reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo) o
que acarreta uma dependecircncia com as dimensotildees e
aacuterea do eleacutetrodo assim como tambeacutem das
propriedades da interface com o eleacutetrodo
Eacute habitual que os eleacutetrodos de AgAgCl apresentem potenciais relativamente baixos e
estaacuteveis Portanto a deposiccedilatildeo da camada de AgCl estabilizaraacute o potencial do eleacutetrodo e reduziraacute os
niacuteveis de impedacircncia Eacute de salientar que impedacircncias aceitaacuteveis para os eleacutetrodos de superfiacutecie devem
encontrar-se abaixo dos 5 k uma vez que quanto maior a impedacircncia maior seraacute a resistecircncia do
eleacutetrodo agrave passagem de corrente No entanto valores de 10 k ou mesmo 40 K ainda satildeo
considerados aceitaacuteveis dependendo dos autores [34][35]
Figura 11 Esquema representativo do ensaio potenciostaacutetico para mediccedilatildeo da impedacircncia
22
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Capiacutetulo 3 Materiais e meacutetodos
Materiais e meacutetodos
31 Preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes
Na preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes dissolveu-se cloreto de soacutedio (NaCl) em aacutegua
adicionando de seguida um tensioativo (tweencopy-80) e um humectante (propilenoglicol) As
concentraccedilotildees destes componentes variaram nas 3 soluccedilotildees conforme referido na Tabela 2 Conveacutem
referir que cada componente foi dissolvido em constante e contiacutenua agitaccedilatildeo numa placa de
agitaccedilatildeo tendo-se misturado primeiro o propilenogicol com o tweencopy e soacute depois com os restantes
compostos
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas
COMPONENTE INFORMACcedilAtildeO DO COMPONENTE SOLUCcedilAtildeO
1 2 3
NaCl (mV) VWR-BDH Prolabo Lote 27810295
09 09 09
Tweencopy-80 (VV) Acofarma
Lote 130287 3 3 5
Propilenoglicol(VV) Acofarma
Lote 131337 10 30 30
Aacutegua (VV) - qbp 100 qbp 100 qbp 100
A biocompatibilidade das mateacuterias-primas empregues para a obtenccedilatildeo das soluccedilotildees torna este
novo conceito de eleacutetrodo uma alternativa promissora para utilizaccedilatildeo cliacutenica Esta biocompatibilidade
estaacute inversamente relacionada com a concentraccedilatildeo de cloretos de soacutedio ou seja quanto menor a
concentraccedilatildeo tanto maior a biocompatibilidade das soluccedilotildees Por esse motivo as soluccedilotildees
desenvolvidas contavam com pequenas concentraccedilotildees de sais de modo a ser o mais semelhante
possiacutevel aos componentes ioacutenicos da proacutepria pele humana
24
24
32 Produccedilatildeo dos novos eleacutetrodos
321 Produccedilatildeo da estrutura porosa de policarbonato
A produccedilatildeo da estrutura porosa (wicks) foi realizada atraveacutes da sinterizaccedilatildeo de poacutes de
policarbonato (PC)
No que diz respeito ao processo de fabrico propriamente
dito o primeiro passo consistiu na moagem da mateacuteria-prima
(policarbonato) de seguida estas partiacuteculas foram sinterizadas
atraveacutes de um equipamento designado por cilindro de sinterizaccedilatildeo
Este cilindro foi aquecido a uma temperatura de asymp170degC e atingida
esta gama de temperaturas colocaram-se as partiacuteculas no molde
ldquoWickrdquo com as dimensotildees apresentadas na Figura 12 que se
encontrava dentro do cilindro central Procedeu-se
imediatamente ao encaixe do pistatildeo no cilindro central Para
finalizar mergulhou-se em aacutegua fria o cilindro central contendo o
molde deixando de seguida secar agrave temperatura ambiente [36]
322 Preparaccedilatildeo dos eleacutetrodos de pratacloreto de prata
Para a deposiccedilatildeo da camada de cloreto de prata nos fios de prata recorreu-se a uma teacutecnica
de deposiccedilatildeo quiacutemica Para isso os fios de prata (Ag) (diacircmetro = 250 miacutecron 9999 Goodfellow
Cambridge) foram oxidados com uma soluccedilatildeo de cloreto de ferro (III) (MERCK Lote 7705-08-0) apoacutes
um preacute-tratamento que permitiu a remoccedilatildeo de impurezas e sujidades presentes na superfiacutecie dos fios
Este preacute-tratamento consistiu na limpeza da superfiacutecie dos fios com 2-propanol e posterior imersatildeo
dos mesmos numa tina de ultrassons com 2-propanol durante 10 minutos De seguida mergulharam-
se os fios de prata em aacutegua destilada de forma a remover todo o 2-propanol presente Finalmente
o processo de oxidaccedilatildeo consistiu em submergir os fios de prata numa soluccedilatildeo aquosa de FeCl3 50 mM
durante 2 minutos ao finalizar este periacuteodo foram armazenados durante 24h num recipiente revestido
com folha de alumiacutenio que possuiacutea uma soluccedilatildeo de HCl 01M para estabilizaccedilatildeo Os fios que natildeo foram
utilizados imediatamente foram armazenados num recipiente revestido com folha de alumiacutenio com
uma soluccedilatildeo de HCl 0005M O comprimento de cada fio de prata eacute aproximadamente de 8 cm
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato
25
25
323 Montagem dos eleacutetrodos
Apoacutes o fabrico da estrutura porosa e da preparaccedilatildeo dos
fios de prata procedeu-se agrave montagem dos eleacutetrodos para isso
cortaram-se pequenas porccedilotildees de uma esponja em poliuretano
com configuraccedilatildeo ciliacutendrica e um diacircmetro semelhante ao da
parte superior da estrutura porosa De seguida atravessou-se esta
esponja com o fio de prata e inseriu-se o conjunto ldquoesponja +
arame de pratardquo dentro de um orifiacutecio superior que a estrutura
porosa possui Finalmente incorporou-se esta estrutura dentro de
um tubo de PVC de modo a atingir a configuraccedilatildeo apresentada na
Figura 13
33 Preparaccedilatildeo dos ensaios
Antes do iniacutecio dos ensaios os eleacutetrodos foram previamente lavados com 2-propanol e
colocados na estufa de modo a evaporar os resiacuteduos do aacutelcool Posteriormente foi aplicada a soluccedilatildeo
hidratante que se pretendia estudar de modo a que a esponja ficasse completamente embebida Desta
forma por uma parte os novos eleacutetrodos em estudo foram testados recorrendo agraves soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 e por outra os eleacutetrodos que serviram como controlo (eleacutetrodo de AgAgCl
(BIO EASYCAP GmbH Alemanha)) utilizaram o gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) Foram tambeacutem utilizados eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) como referecircncia
Para os estudos eletroquiacutemicos incorporaram-se os eleacutetrodos numa montagem constituiacuteda por
um potenciostatogalvanostato Gamry G-300 (Gamry Instruments USA) De modo a diminuir o ruiacutedo
eletroacutenico os ensaios foram todos realizados dentro de uma Gaiola de Faraday Eacute importante referir
que uma vez o nosso sistema de aquisiccedilatildeo de dados era ldquoearth groundedrdquo seguiu-se a sugestatildeo da
bula do Gamry e optou-se unicamente por ligar o ldquofloating groundrdquo agrave gaiola
34 Condiccedilotildees dos ensaios
A primeira parte do trabalho foi desenvolvida laquoIn vitroraquo com eleacutetrodos multipino foi feito
entatildeo um estudo do ruido eletroquiacutemico entre eleacutetrodos do mesmo tipo nas diferentes soluccedilotildees
referidas na Tabela 2 De seguida realizou-se um estudo das impedacircncias dos novos eleacutetrodos nas
diferentes soluccedilotildees seguidos por um estudo de controlo realizado nas mesmas condiccedilotildees com o
eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente e o correspondente gel hidratante Estes ensaios foram
reproduzidos 3 vezes uma vez que em estudos anteriores jaacute se tinha verificado uma boa
reprodutibilidade dos ensaios
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios
26
26
Na segunda fase dos estudos realizou-se uma avaliaccedilatildeo do ruido da impedacircncia vs frequecircncia
laquoIn vivoraquo com as diferentes soluccedilotildees Estes ensaios foram realizados em 8 voluntaacuterios saudaacuteveis 6 do
sexo feminino e 2 do masculino Deste modo consegue-se escolher uma soluccedilatildeo para avanccedilar ao
estaacutegio seguinte que consistia na mediccedilatildeo e comparaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos obtidos tanto
com os eleacutetrodos de controlo como com os eleacutetrodos multipino porosos com a soluccedilatildeo hidratante mais
adequada Os resultados foram obtidos com a participaccedilatildeo de 2 voluntaacuterios saudaacuteveis de ambos sexos
341 Ensaios laquoIn vitroraquo
3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito
Nos ensaios de ruiacutedo eletroquiacutemico apenas foram utilizados eleacutetrodos multipino porosos
Fig14 (b) sendo um ligado ao terminal do eleacutetrodo de trabalho e o outro ao terminal do eleacutetrodo de
referecircncia A distacircncia entre os eleacutetrodos foi controlada durante o decorrer dos ensaios optando-se
por uma distacircncia de 3 cm entre os dois eleacutetrodos Foi tambeacutem realizada uma montagem de controlo
nas mesmas condiccedilotildees contudo esta era constituiacuteda por dois eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel
Electro-Cap International Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA)
Estabelecida a montagem do sistema eletroacutenico procedeu-se agrave mediccedilatildeo do ruiacutedo eleacutetrico em
circuito aberto para isso recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software ldquoESA410 Data Acquisitionrdquo da Gamry
um software projetado especificamente para a aquisiccedilatildeo e anaacutelise de sinais de ruiacutedo eletroquiacutemico
[37] Para aquisiccedilatildeo dos dados o ESA410trade associa-se ao potenciostato Gamry que faz aquisiccedilatildeo dos
dados em modo potenciostaacutetico a recolha dos dados eacute feita em circuito aberto O teste para cada
eleacutetrodo foi realizado ao longo de 12 minutos com uma taxa de amostragem constante de 1000 Hz
ao longo de todo o teste e um filtro de 10 A frequecircncia de amostragem foi escolhida tendo em conta
o Teorema de Nyquist que afirma que a frequecircncia de amostragem de um sinal analoacutegico para que
possa posteriormente ser reconstituiacutedo com o miacutenimo de perda de informaccedilatildeo deve ser igual ou maior
a duas vezes a maior frequecircncia do espectro desse sinal 119861 le119891119904
2 Por outras palavras a frequecircncia
maacutexima do sinal de entrada deveraacute ser menor ou igual a metade da taxa de amostragem [38] Para
que isto seja conseguido o sistema incorpora um filtro passa-baixo ldquoanti-aliasrdquo (deixa passar baixas
frequecircncias mas atenua as frequecircncias maiores do que a frequecircncia de Nyquist) [39]
3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito
Na montagem eletroacutenica dos ensaios de impedacircncia o contra eleacutetrodo era representado por
um eleacutetrodo comercial de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) o eleacutetrodo de trabalho um
eleacutetrodo poroso multipino (cada ensaio com as suas diferentes soluccedilotildees) e o eleacutetrodo de referecircncia
um eleacutetrodo de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) Fig14 (a) Optou-se tambeacutem pela
27
27
implementaccedilatildeo de um controlo com eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap International
Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap International Inc USA)
A obtenccedilatildeo dos dados eacute feita atraveacutes da teacutecnica de espectroscopia de impedacircncia
eletroquiacutemica em modo potenciostaacuteticordquo presente no software EIS300TM da Gamry neste modo de
funcionamento eacute aquirido um espectro de impedacircncia ao longo do intervalo de frequecircncias de 10 kHz
ateacute 01 Hz com uma tensatildeo AC aplicada (5 mV RMS) da tensatildeo de desvio DC (0 V vs circuito aberto)
e representados 3 pontos por deacutecada
(a) (b)
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo
342 Ensaios laquoIn vivoraquo
3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele
De modo a mensurar o ruiacutedo
causado pela interface entre o eletroacutelito e
a pele procedeu-se agrave montagem de um
sistema semelhante ao utilizado nos
ensaios do ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito dentro
de uma gaiola de Faraday contudo estes
ensaios foram realizados laquoIn vivoraquo
procedendo-se agrave colocaccedilatildeo dos dois
eleacutetrodos na zona anterior da tiacutebia com
um espaccedilo entre eles de 3 cm (Figura 15)
apoacutes a superfiacutecie da pele ter sido limpa
com etanol a 70
A montagem contava com um sistema de seguranccedila inserido em seacuterie no sistema de mediccedilatildeo
e que corta a corrente se esta for superior a 100 microA
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
28
28
A mediccedilatildeo do ruido foi feita tendo em conta o tipo de eleacutetrodo tendo-se para isso optado por
fazer as mediccedilotildees com eleacutetrodos do mesmo tipo ou seja num primeiro ensaio mensurou-se o ruido
entre 2 eleacutetrodos de pratacloreto de prata com o respetivo gel hidratante e numa segunda
abordagem optou-se por mensurar o ruido entre dois dos eleacutetrodos porosos com as diferentes soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 Contudo foi controlada a pressatildeo da banda que fixava os eleacutetrodos porosos
agrave tiacutebia sendo estipulado o valor da pressatildeo no intervalo de 15N a 2N
Neste ensaio o primeiro eleacutetrodo encontra-se ligado aos terminais dos eleacutetrodos de trabalho
o segundo ao terminal da referecircncia e o cabo do ground foi ligado agrave gaiola
Os paracircmetros dos ensaios foram os mesmos que os utilizados para a mediccedilatildeo do ruido
eleacutetrodo-eletroacutelito apresentados na secccedilatildeo 3411 contudo o tempo de aquisiccedilatildeo de sinal foi
reduzido a 5 minutos de modo a minorar o tempo de exposiccedilatildeo dos voluntaacuterios aos exames
3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele
laquoIn vivoraquo estes ensaios foram feitos logo
apoacutes a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico portanto a
superfiacutecie da pele se encontrava limpa e a
colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos obedecia agrave regra dos 3 cm
de distacircncia entre eleacutetrodos e 15-2N de pressatildeo
Para a mediccedilatildeo da impedacircncia eacute utilizada uma
configuraccedilatildeo diferente como referido no capitulo
33 Satildeo portanto utilizados 2 eleacutetrodos
comerciais de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH
Alemanha) um como referecircncia e outro como
contra eleacutetrodo e o eleacutetrodo em estudo
propiamente dito seja este o comercial (controlo)
ou o novo eleacutetrodo (Figura 16)
Os resultados obtidos para as diferentes
frequecircncias aleacutem de poderem ser representados
pelo diagrama de Nyquist como referido anteriormente podem tambeacutem ser representados num
Diagrama de Bode Neste diagrama a distribuiccedilatildeo dos valores de impedacircncia por vaacuterias ordens de
grandeza eacute representada em coordenadas polares (magnitude log|119885| em funccedilatildeo de log120596 )
3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos primariamente limpou-se a superfiacutecie do
escalpe com aacutelcool a 70 de modo a minimizar a camada gordurosa da pele De seguida procedeu-se
agrave colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos Foram colocados dois eleacutetrodos de AgAgCl (comerciais) um de forma a
servir como controlo (posiccedilatildeo O2) e outro em curto-circuito com o ground e a referecircncia (posiccedilatildeo
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino
durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia
29
29
Fp2) O eleacutetrodo poroso em estudo colocou-se a cerca de 3 cm do eleacutetrodo de AgAgCl posiccedilatildeo O2
de modo a captar o mesmo sinal que o obtido pelo eleacutetrodo de controlo (Figura 17)
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos
35 Implementaccedilatildeo em Matlab
Apoacutes a importaccedilatildeo do ficheiro obtido nos ensaios de ruiacutedo para o Matlab foi criado um filtro
Butterworth de ordem 20 de 05 ateacute 40 Hz atraveacutes da funccedilatildeo jaacute implementada pelo Matlab
ldquofdesignbandpassrdquo De seguida eacute aplicado o filtro duas vezes A primeira desde o primeiro ponto ateacute
o uacuteltimo e o segundo na ordem inversa Deste modo consegue-se natildeo soacute uma filtragem dupla mas
tambeacutem o cancelamento da fase dos filtros Assim efetivamente o filtro utilizado eacute de ordem 40 de
fase nula
De seguida eacute dividido o ensaio em segmentos de 30 segundos rejeitando os primeiros 10
segundos do ensaio Para cada segmento natildeo sobreposto eacute calculado o valor RMS da tensatildeo a
densidade espectral de potecircncia atraveacutes da estimaccedilatildeo pwelch do Matlab e o declive meacutedio (primeira
derivada do sinal) Contudo no final eacute calculada tambeacutem a densidade espectral de potecircncia global
que eacute expressa em dB
30
30
31
31
Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos
Resultados obtidos e discussatildeo
41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo
411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos
eleacutetrodos
Neste estudo eacute de extrema relevacircncia a eleiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante a utilizar Para isso
recorreu-se agrave realizaccedilatildeo de vaacuterios ensaios que possibilitassem uma avaliaccedilatildeo objetiva da resposta do
sistema Efetuou-se entatildeo primeiro uma anaacutelise do ruiacutedo ao longo de 12 minutos com os eleacutetrodos
multipino nas diferentes soluccedilotildees (um medido contra o outro) e a respetiva referecircncia de seguida
realizou-se um ensaio para mensurar a resistecircncia agrave passagem de corrente com os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees e a respetiva referecircncia
Assim sendo a Figura 18 revela a impedacircncia dos eleacutetrodos nas diferentes soluccedilotildees testadas
Nesta pode-se observar que a soluccedilatildeo 1 apresenta niacuteveis de impedacircncia ligeiramente mais baixos que
as restantes soluccedilotildees Contudo os seus niacuteveis encontram-se uma deacutecada acima dos valores obtidos
pelo eleacutetrodo e AgAgCl utilizado comercialmente com o respetivo gel hidratante Observa-se ainda
que os desvios padratildeo satildeo tatildeo baixos que quase natildeo satildeo percetiacuteveis o que significa que os ensaios satildeo
bastante reprodutiacuteveis Eacute tambeacutem importante notar que ao longo de todas as frequecircncias testadas
os valores de impedacircncia aleacutem de se encontrarem todos abaixo dos valores maacuteximos permitidos (20-
40 k) [35] encontram-se ainda abaixo dos 5 k referidos como valores de impedacircncia ideal por vaacuterios
fornecedores [40][41] o que eacute de extrema relevacircncia nos passos subsequentes de aquisiccedilatildeo do sinal
uma vez que eacute indispensaacutevel ter baixos niacuteveis de impedacircncia para conseguir captar ondas cerebrais
32
32
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Foram ainda feitas mediccedilotildees de ruiacutedo nas mesmas condiccedilotildees Realizando-se de seguida uma
anaacutelise no domiacutenio temporal e outra no domiacutenio das frequecircncias Para isso como foi referido no
capitulo 35 recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software Matlab A primeira anaacutelise eacute feita no domiacutenio
temporal (Figura 19 (a)) sob a forma de um graacutefico da tensatildeo meacutedia (RMS) em funccedilatildeo do tempo que
eacute obtida apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa-alto de modo a retirar a componente DC do sinal e assim
obter um sinal de ruiacutedo para altas frequecircncias que seraacute representado em periacuteodos de 30 segundos
Deste modo eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees da quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo de
estabilizaccedilatildeo do eleacutetrodo O que se observa eacute que os niacuteveis de ruiacutedo ao longo do tempo variam entre
185 microV ateacute 2 microV o que equivale a uma variaccedilatildeo maacutexima de 015 microV tanto para os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees como para o eleacutetrodo de AgAgCl no respetivo gel hidratante Observa-se
ainda que aleacutem das pequenas variaccedilotildees ao longo do tempo o desvio padratildeo para todas as soluccedilotildees eacute
muito semelhante sugerindo que natildeo haacute diferenccedilas significativas a niacutevel das soluccedilotildees implementadas
Eacute ainda de salientar que natildeo se observa nenhuma evoluccedilatildeo de ruiacutedo ao longo do tempo o que sugere
uma estabilizaccedilatildeo do sistema muito raacutepida A segunda anaacutelise no domiacutenio temporal corresponde ao
declive meacutedio (Figura 19 (b)) foi realizada recorrendo agrave primeira derivada do sinal em DC obtido a
cada 30 segundos Deste graacutefico eacute possiacutevel retirar informaccedilatildeo referente agrave deriva do potencial e ao
tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema Assim recorrendo agrave sua visualizaccedilatildeo observa-se que a
estabilizaccedilatildeo eacute feita de forma semelhante para todas as soluccedilotildees Contudo a soluccedilatildeo 3 apresenta
menos variaccedilotildees ao longo do tempo valores mais proacuteximos de zero e maior reprodutibilidade entre
ensaios Finalmente o teste de controlo efetuado com os eleacutetrodos comerciais de AgAgCl no gel
aparentam ser ligeiramente menos estaacuteveis contudo os valores se encontram na mesma gama de
tensotildees
33
33
Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Para concluir realizou-se uma anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias para isso recorreu-se ao
graacutefico da densidade espectral de tensatildeo (Figura 20) Nele observa-se que os resultados do ruiacutedo do
sinal aumentam com a diminuiccedilatildeo das frequecircncias numa proporccedilatildeo 119903119906iacute119889119900 ~ 1 119891119903119890119902119906ecirc119899119888119894119886frasl
confirmando os estudos feitos por E Huigen em 2002 [20] No entanto estes tendem a estabilizar a
partir dos 10 Hz em valores proacuteximos dos -238 dB Eacute de referir que a para frequecircncias elevadas o
sinal de ruiacutedo eacute determinado pelo ruiacutedo do amplificador e natildeo pelo ruiacutedo da interface metal-eletroacutelito
uma vez que este eacute significativamente menor do que o ruiacutedo do amplificador impedindo assim a sua
mediccedilatildeo mesmo com equipamentos de baixo ruiacutedo [20]
34
34
Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
35
35
a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
36
36
Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
37
37
Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
38
38
Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
39
39
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
40
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
41
41
Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
42
42
Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
43
43
Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
45
45
Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
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Anexos
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este material apresentam niacuteveis de ruiacutedo reduzidos grande estabilidade do potencial eleacutetrico na gama
de frequecircncias utilizada e uma impedacircncia interfacial baixa [14][19]
23 Interface do eleacutetrodo com a pele
A pele eacute um oacutergatildeo que cobre e protege o corpo e que se observa estar organizado em muacuteltiplas
camadas Eacute composta de trecircs camadas principais a epiderme a derme e a hipoderme cada uma
delas com carateriacutesticas estruturais especiacuteficas que levam a diferentes niacuteveis de condutividade
eleacutetrica e que podem ser representados atraveacutes de modelos baseados em componentes eleacutetricos
baacutesicos [14] Podemos entatildeo do ponto de vista eleacutetrico simular os tecidos bioloacutegicos a partir de um
circuito eleacutetrico formado por resistecircncias e condensadores dispostos em redes com seacuteries e paralelos
agindo estes como condutores ou dieleacutetricos nos quais o fluxo de corrente seguiraacute o caminho de
menor oposiccedilatildeo (Figura 7) Um exemplo ilustrativo desta situaccedilatildeo estaacute representado para o stratum
corneum a camada mais perifeacuterica da epiderme como este tecido eacute relativamente pouco condutor
apresenta uma elevada impedacircncia agrave transmissatildeo das correntes eleacutetricas [20] Assim devido agraves suas
propriedades dieleacutetricas a sua pequena espessura e o seu posicionamento entre o eleacutetrodo condutor
exterior e os tecidos subjacentes mais condutores eacute possiacutevel a sua representaccedilatildeo por meio de um
condensador de placas paralelas
Figura 7 Representaccedilatildeo esquemaacutetica da interface com a pele e
o seu modelo de circuito eletroacutenico equivalente Adaptado de [14]
O valor da capacidade eleacutetrica da pele estaacute relacionado com a espessura e composiccedilatildeo da camada
coacuternea e tem um valor tiacutepico no intervalo 002-006 microFcm2 [14]
Por outro lado uma vez que alguns iotildees conseguem atravessar o stratum corneum atraveacutes dos
elementos da pele (foliacuteculos do cabelo suor canais das glacircndulas sebaacuteceas imperfeiccedilotildees da pele)
isso pode ser representado coletivamente por uma resistecircncia que seraacute colocada em paralelo com o
condensador Como as camadas subjacentes agrave epiderme satildeo relativamente condutoras representam-
se por uma resistecircncia em seacuterie adicional A presenccedila de uma elevada densidade de foliacuteculos pilosos
(que atuam como derivaccedilotildees de baixa resistecircncia) daacute origem a um valor muito baixo na resistecircncia da
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13
pele No entanto esta observaccedilatildeo eacute contrabalanccedilada pela dificuldade em fazer contato mecacircnico e
eleacutetrico firme Em tais casos a impedacircncia da pele eacute muito elevada e por vezes eacute necessaacuterio recorrer
agrave remoccedilatildeo dos pelos antes de realizar o exame [14]
231 Hidrataccedilatildeo da pele
O processo de hidrataccedilatildeo da pele humana acontece por duas vias a interna e a externa [21] No
caso da via interna isto acontece quando os queratinoacutecitos migram atraveacutes da derme e sofrem
alteraccedilotildees significativas uma vez que paralelamente a esse processo satildeo libertados liacutepidos e o fator
de hidrataccedilatildeo natural da pele (NMF - Natural moisturizer factor) No caso dos liacutepidos estes formam
uma barreira para a perda de aacutegua e ajudam a reter a hidrataccedilatildeo natural da pele Jaacute no caso da
hidrataccedilatildeo por via externa esta acontece quando introduzimos na pele substacircncias cosmeacuteticas e
farmacecircuticas com capacidades de humedecer as camadas externas da pele para isso na produccedilatildeo
destas substacircncias satildeo utilizadas principalmente trecircs tipos de ingredientes (1) os humectantes que
Incluem a glicerina a ureia e o aacutecido carboxiacutelico da pirrolidona (PCA) que atuam atraindo a aacutegua das
camadas inferiores da derme e ajudando a manter essa aacutegua no estrato coacuterneo (2) os agentes oclusivos
que aumentam os niacuteveis de humidade proporcionando uma barreira fiacutesica para a perda de aacutegua (ceras
oacuteleos e silicones) (3) os emolientes que procuram restaurar os NMF [21]
2311 O gel para utilizaccedilatildeo com os eleacutetrodos
O gel utilizado nos eleacutetrodos serve para (1) assegurar um bom contacto eleacutetrico com a pele do
paciente (2) facilitar a transferecircncia de carga na interface eleacutetrodo-eletroacutelito e assim (3) diminuir
a impedacircncia do estrato coacuterneo [14]
Existem dois tipos de gel o gel huacutemido normalmente denominados como pasta creme ou
substacircncia gelatinosa e o hidrogel Os primeiros satildeo geralmente compostos por aacutegua um agente
espessante bactericidasfungicidas sais ioacutenicos e um surfatante O sal ioacutenico tem como finalidade
conferir condutividade eleacutetrica ao gel e diminuir a impedacircncia eleacutetrica da pele atraveacutes da sua difusatildeo
na mesma Normalmente os sais utilizados satildeo o cloreto de soacutedio (NaCl) ou de potaacutessio (KCl) uma vez
que a maior parte dos iotildees presentes na superfiacutecie da pele humana satildeo o cloreto o soacutedio e o potaacutessio
permitindo assim que elevadas concentraccedilotildees destes sais sejam melhor toleradas pelo corpo
[14][18][22] Por outro lado o hidrogel eacute um gel soacutelido que incorpora hidrocoloacuteides naturais no
entanto a utilizaccedilatildeo destes agentes naturais por vezes provoca desempenhos variaacuteveis e cores pouco
atrativas levando assim agrave utilizaccedilatildeo de hidrocoloacuteides artificiais de modo a eliminar variabilidades
indesejadas
O hidrogel tecircm tendecircncia a causar menos irritaccedilotildees na pele quando comparado com o gel huacutemido
porque o hidrogel limita-se a garantir um bom contato eleacutetrico entre a pele e o eleacutetrodo sem afetar
as propriedades do stratum corneum [14]
14
14
O hidrogel eacute eletricamente mais resistivo do que o gel no entanto esta desvantagem eacute
compensada tanto pela utilizaccedilatildeo de maiores aacutereas com hidrogel como tambeacutem pela diminuiccedilatildeo da
espessura da camada do mesmo Contudo isto natildeo eacute suficiente uma vez que o hidrogel natildeo eacute tatildeo
eficaz na hidrataccedilatildeo da pele (tem tendecircncia a absorver humidade) dando assim como resultado um
aumento na impedacircncia da pele [14]
24 Teacutecnicas de revestimento da prata com cloreto de prata
Finas camadas de um determinado metal depositado sobre um substrato desemprenham
muitas vezes uma funccedilatildeo essencial em muitos dispositivos como por exemplo nos circuitos integrados
No caso dos eleacutetrodos eacute necessaacuterio revestir os fios de prata com finas camadas de cloreto de prata
com o intuito de auxiliar a concretizaccedilatildeo das trocas ioacutenicas referidas no capiacutetulo 1 equaccedilatildeo (1) de
modo a ter-se uma transduccedilatildeo do sinal ioacutenico num sinal eleacutetrico de forma eficaz e reversiacutevel Estas
camadas devem apresentar caracteriacutesticas rigorosamente controladas A espessura a estrutura
atoacutemica e a composiccedilatildeo quiacutemica devem ser uniformes [14][18] Eacute tambeacutem importante que exista
pouca ou nenhuma contaminaccedilatildeo por outras partiacuteculas
As propriedades dos filmes satildeo altamente dependentes dos processos de deposiccedilatildeo Estes
devem ter boa aderecircncia e prover uma boa cobertura Deste modo para a preparaccedilatildeo da prata para
eleacutetrodos a teacutecnica a utilizar deve ser a deposiccedilatildeo eletroquiacutemica atraveacutes de um processo que envolve
a deposiccedilatildeo de um material soacutelido por meio de uma reaccedilatildeo quiacutemica com ou sem recurso a energia
externa Neste caso os substratos de prata satildeo submersos numa soluccedilatildeo contendo um agente oxidante
(por exemplo cloreto feacuterrico) produzindo assim uma fina camada de cloreto de prata ( ( 4)
Ag + + FCl3 FeCl2 + Ag ( 4 )
Em geral a deposiccedilatildeo por electroless plating de um metal envolve a deposiccedilatildeo de um
revestimento metaacutelico a partir dos seus iotildees presentes num banho aquoso sobre uma superfiacutecie atraveacutes
de uma reaccedilatildeo de reduccedilatildeo quiacutemica controlada que eacute ativada pelo metal que estaacute a ser depositado
(reduzido) [23] Os revestimentos obtidos atraveacutes da implementaccedilatildeo desta teacutecnica satildeo geralmente
uniformes duros com elevadas resistecircncias agrave corrosatildeo e ao desgaste e apresentam baixo coeficiente
de fricccedilatildeo [24][25]
Existe contudo uma enorme variedade de meacutetodos eletroquiacutemicos que permitem a
oxidaccedilatildeodeposiccedilatildeo de finas camadas de cloreto de prata tais como a deposiccedilatildeo assistida por plasma
ou por feixes de iotildees o sputtering a deposiccedilatildeo quiacutemica e a deposiccedilatildeo fiacutesica em fase de vapor etc
[25] Todavia a execuccedilatildeo destes processos envolve a utilizaccedilatildeo de equipamentos altamente
especializados em ambiente de vaacutecuo vaacuterias soluccedilotildees e um campo eleacutetrico de modo a possibilitar a
transformaccedilatildeo de energia quiacutemica em energia eleacutetrica e vice-versa Finalmente um meacutetodo tambeacutem
bastante usado eacute a sinterizaccedilatildeo de poacute de cloreto de prata sobre o substrato metaacutelico dando origem
a um revestimento espesso e poroso
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15
25 Novo conceito de eleacutetrodo
O desenvolvimento do novo tipo de bioeleacutetrodo busca
colmatar as lacunas presentes nos eleacutetrodos disponiacuteveis
comercialmente (dos tipos huacutemido e seco) Tentando manter as
melhores carateriacutesticas de cada tipo de eleacutetrodo Para isso eacute
necessaacuterio desenvolver o eleacutetrodo com materiais condutores que
possibilitem as trocas ioacutenicas e aleacutem disso tenha a capacidade
de manter huacutemido o ponto de contacto com a pele de forma a
diminuir a impedacircncia na interface mas sem usar pastas ou gel
que sujam a pele
A hidrataccedilatildeo da pele por via externa nos ensaios a
realizar eacute feita atraveacutes da aplicaccedilatildeo de diferentes soluccedilotildees
hidratantes que se encontram embebidas numa esponja num
reservatoacuterio existente no eleacutetrodo (Figura 8) Estas soluccedilotildees tecircm a capacidade de migrar atraveacutes do
eleacutetrodo atraveacutes do efeito de capilaridade e gravidade uma vez que a base do eleacutetrodo eacute feita de
policarbonato com porosidade aberta adequada ao fenoacutemeno da capilaridade
O desenvolvimento deste bioeleacutetrodo inovador possibilita tambeacutem uma colocaccedilatildeo raacutepida
coacutemoda e segura Uma vez que estes passam a ser colocados com uma touca
Finalmente eacute tambeacutem importante referir que a forma do eleacutetrodo em multipino permitiraacute
numerosos pontos de contacto de modo a minimizar a impedacircncia do mesmo contribuindo para a
obtenccedilatildeo de melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
26 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
O ruiacutedo eacute um sinal interferente de natureza aleatoacuteria que provoca a degradaccedilatildeo de sinal
durante o seu processamento Em eletroacutenica diz respeito a quaisquer correntes ou tensotildees indesejadas
que mascaram o sinal que realmente interessa
Nos dispositivos e circuitos eletroacutenicos existem inuacutemeras fontes de ruiacutedo dai a importacircncia
na sua caraterizaccedilatildeo
Um tipo importante de ruiacutedo eacute o ruiacutedo de Johnson-Nyquist presente nos portadores de carga
e em todos os elementos com resistecircncia eleacutetrica Este tipo de ruiacutedo eacute caraterizado por uma densidade
espectral de potecircncia (do inglecircs power spectral density - PSD) uniforme e forma de onda gaussiana
[26]
O ruiacutedo de Johnson-Nyquist eacute comumente chamado ruiacutedo teacutermico e a sua tensatildeo eficaz pode
ser calculado atraveacutes da ( 5 para uma resistecircncia eleacutetrica R
Vt= radic4∙k∙T∙B∙R=radic16times1020
∙B∙R ( 5 )
Figura 8 Eleacutetrodo de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios A representa o fio de prata B a soluccedilatildeo condutora C a esponja do reservatoacuterio e D material de policarbonato de natureza porosa onde se estabelece o contacto com a pele
16
16
onde k representa a constante de Boltzmann em JK T a temperatura da resistecircncia em K B
a banda equivalente de ruiacutedo e R o valor da resistecircncia em Ohm
Para o caacutelculo da banda equivalente de ruiacutedo considera-se que o sistema tem uma funccedilatildeo de
transferecircncia do tipo 1198810
119881119894frasl = 119860(119895119891) e estaacute sujeito a uma entrada de ruiacutedo de PSD 119878119881119894
Deste modo
obtemos que o valor meacutedio da tensatildeo de ruiacutedo na saiacuteda para um amplificador seraacute
1198811198990
2 = int 119878119881119894 |A(jf)|2 partfinfin
0
( 6 )
Sendo |119860(119895119891)| usualmente uma funccedilatildeo do tipo
Figura 9 Funccedilatildeo de um filtro passa-baixos |119912(119947119943)|
Uma vez que as regiotildees sombreadas satildeo iguais pode-se simplificar o caacutelculo atraveacutes da aacuterea
de um retacircngulo com a mesma aacuterea que o quadrado da funccedilatildeo de transferecircncia Temos entatildeo que a
banda equivalente eacute dada por
B=1
|A0|2int |A(jf)|2 partf
infin
0
( 7 )
Outro tipo de ruiacutedo presente nos equipamentos eletroacutenicos que eacute interessante estudar eacute o
ruiacutedo ldquoshotrdquo ou ruiacutedo de corrente (Ish) que como o nome indica estaacute associado agrave corrente DC que
flui atraveacutes de uma barreira de potencial e pode ser representado por
Ish= radic2∙q∙IDc∙B ( 8 )
Onde q representa a carga eletroacutenica em coulomb e IDC a corrente contiacutenua meacutedia em ampere
Finalmente outro tipo de ruiacutedo a estudar seraacute o ruiacutedo 1f ldquoflickerrdquo ou ruiacutedo de contacto (If)
que ocorre devido agraves diferenccedilas nos niacuteveis de energia eleacutetricos quando existe um contato imperfeito
entre dois materiais Este tipo de ruiacutedo pode ser calculado atraveacutes de
119868119891 = 119870 ∙ 119868119863119888 ∙ radic119861
radic119891 ( 9 )
Onde K eacute um valor constante que depende do material e da geometria
A baixas frequecircncias este ruiacutedo eacute chamado de ruiacutedo ldquo1frdquo devido agrave tendecircncia caracteriacutestica
de decrescimento com a frequecircncia Eacute importante notar que a magnitude do ruido ldquoflickerrdquo pode ser
17
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muito grande para pequenas frequecircncias o que leva a que seja a forma de ruiacutedo predominante em
circuitos de baixa frequecircncia
Considerando o ruiacutedo total como adiccedilatildeo das contribuiccedilotildees dos vaacuterios tipos de ruiacutedo na
configuraccedilatildeo eleacutetrica adotada para um amplificador pode-se considerar que o ruiacutedo na entrada segue
a representaccedilatildeo da Figura 10 da qual eacute possiacutevel retirar que
1198681198992 =
1198811198991199052 minus 119881119899
2 minus 1198811199052
1198771199042 ( 10 )
Na praacutetica In pode ser calculado atraveacutes da PSD do ruiacutedo total obtido com uma resistecircncia
elevada de modo a que 1198811198990≫ 119860radic119881119899
2 ∙ 1198811199052 e que Vn eacute a PSD do sistema com a entrada em curto circuito
Figura 10 Circuito representativo dos componentes do ruiacutedo do amplificador na entrada segundo o modelo Vn-In
No corpo humano a captaccedilatildeo dos biopotenciais no escalpe estaacute sujeita agrave presenccedila de ruiacutedo
eleacutetrico intriacutenseco indesejado na interface eleacutetrodogelpele que faz com que o processo de deteccedilatildeo
e anaacutelise dos sinais bioloacutegicos reais seja mais complicado Eacute necessaacuterio por isso caracterizar e
conhecer a magnitude e origem destas flutuaccedilotildees de modo a caraterizar a qualidade dos eleacutetrodos
desenvolvidos
O ruiacutedo eleacutetrodo-pele pode estar ligado agrave interface entre o eleacutetrodo e o eletroacutelito ou entatildeo
agrave interface eletroacutelito-pele No primeiro caso esta situaccedilatildeo pode ser mensurada atraveacutes da colocaccedilatildeo
de eleacutetrodos do mesmo tipo um contra o outro Por outro lado o ruiacutedo produzido pela interface
eletroacutelito-pele deve ser mensurado de uma forma indireta atraveacutes do contacto direto entre o eleacutetrodo
e a pele Nesta situaccedilatildeo o ruiacutedo eacute tipicamente mais elevado do que o que se obteacutem na interface
eleacutetrodo-eletroacutelito [3] Uma vez que os resultados obtidos nestes ensaios dependem diretamente do
estado da pele eacute importante garantir um tratamento preacutevio adequado
18
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261 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio do tempo RMS e Deriva do potencial
A raiz do valor quadraacutetico meacutedio RMS (do inglecircs root mean square) ou valor eficaz eacute uma
medida estatiacutestica da magnitude de uma quantidade variaacutevel que pode ser calculada atraveacutes da
expressatildeo
120600119877119872119878 = radic1
119873 sum120600119894
2
119873
119894=1
= radic1206001
2 + 12060022 + ⋯+ 120600119873
2
119873 ( 11 )
Nos sinais a estudar satildeo calculados os valores RMS da parte alternada do sinal em intervalos
de tempo sucessivos Destes valores eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees acerca da evoluccedilatildeo temporal do
sinal assim como a quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo
Por outro lado a deriva do potencial eacute calculada recorrendo agrave primeira derivada do sinal nos
diferentes pontos pela componente contiacutenua do sinal sendo portanto de natureza lenta Eacute possiacutevel
por isso analisar a deriva do potencial e o tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema atraveacutes do recurso desde
caacutelculo
262 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio das frequecircncias Densidade espectral
A densidade espectral de potecircncia PSD eacute definida pela transformada de Fourier da funccedilatildeo
de autocorrelaccedilatildeo (Rxx (120591)) de um processo estacionaacuterio ou seja
Teorema de Wiener-Khintchine 119878119909(119891) = F[Rxx(120591)]= int Rxx(120591)119890minus 1198952120587119891120591119889120591infin
minusinfin
( 12 )
Por outras palavras a PSD descreve a distribuiccedilatildeo da variacircncia de um processo aleatoacuterio no
domiacutenio da frequecircncia [27][28]
No Matlab esta estimaccedilatildeo eacute feita atraveacutes da funccedilatildeo pwelch jaacute implementada esta segue o
meacutetodo Welch para o caacutelculo da PSD Este meacutetodo eacute baseado no conceito de utilizaccedilatildeo de
periodogramas de estimaccedilatildeo espectral que satildeo o resultado da conversatildeo de um sinal no domiacutenio
temporal para o domiacutenio da frequecircncia [29] Para isso o meacutetodo Welch segue o fundamento do
meacutetodo Bartlett contudo permite a sobreposiccedilatildeo de segmentos [30]
O meacutetodo Bartlett consiste primeiramente na divisatildeo do segmento original de N amostras em
K segmentos de comprimento M Para cada segmento eacute obtido o periodograma calculado atraveacutes da
transformada discreta de Fourier de seguida eacute calculado o quadrado do resultado e dividido por M
Finalmente eacute feita a meacutedia do resultado dos periodogramas para todos os segmentos de K amostras
resultando num uacutenico vetor de potenciais em funccedilatildeo da frequecircncia Ou seja a reparticcedilatildeo da potecircncia
ao longo do espetro [28]
19
19
27 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo da impedacircncia
Um sistema eletroquiacutemico eacute aquele onde haacute a presenccedila de pelo menos uma fase condutora
eletroacutenica (eleacutetrodo) em contato direto com uma fase condutora ioacutenica (eletroacutelito) as quais originam
a interface eleacutetrodo-eletroacutelito onde se forma duma dupla camada eleacutetrica
A mediccedilatildeo da impedacircncia eletroquiacutemica em modo potenciostaacutetico eacute feita atraveacutes da
aplicaccedilatildeo de um sinal de potencial eleacutetrico sinusoidal 119881(119905) com cerca de 5 a 20 mV numa ceacutelula
eletroquiacutemica Satildeo medidas a resposta na forma de corrente eleacutetrica 119868(119905) e diferenccedila de fase entre
o sinal de potencial e o sinal da corrente [31] Ao medir a corrente alternada que atravessa a ceacutelula
eletroquiacutemica obtemos a impedacircncia Z da forma convencional 119885 = 119881119868 [32] Refira-se que a obtenccedilatildeo
da impedacircncia pode igualmente ser feita impondo uma perturbaccedilatildeo de corrente e medindo o
potencial A impedacircncia do eleacutetrodo reflete entatildeo a capacidade do eleacutetrodo para transferir carga a
determinada frequecircncia [32][33]
Deste modo tem-se se os valores da tensatildeo alternada V(t) e da intensidade I(t) forem
representados por
V(t)=V0∙ cos ωt
( 13 )
I(t)=I0∙ cos (ωt+φ) ( 14 )
No qual V0 representa a amplitude de pico do sinal 120596 a frequecircncia angular (120596 = 2120587119891) I0 a
amplitude do sinal de corrente e 120593 a diferenccedila de fase entre os dois sinais
Pela equaccedilatildeo de Euler
eiφ= cos φ +j sin φ ( 15 )
temos entatildeo que se φ=120596119905
V(t)= V0∙Re(ejωt) ( 16 )
representando essa tensatildeo alternada como uma parte real de uma grandeza complexa
temos que V(t) eacute equivalente a
V(t)=V0∙Re(119888119900119904120596119905 + 119895 ∙ 119904119894119899 120596119905) ( 17 )
Por outro lado atendendo agrave Equaccedilatildeo de Euler acima descrita a corrente eleacutetrica gerada
por um elemento de circuito em resposta a uma tensatildeo alternada pode ser escrita como
I(t)=I0∙Re(119890(120596119905+120593))
( 18 )
Deste modo a impedacircncia fica
Z(ω)=Z0∙ejφ
( 19 )
e aplicando a equaccedilatildeo de Euler
Z(ω)=Z ( cos φ + j sin φ ) ( 20 )
20
20
Obtemos uma equaccedilatildeo composta de uma parte real e uma parte imaginaacuteria possibilitando
assim a sua representaccedilatildeo num plano cartesiano onde a parte real corresponderaacute ao eixo das abcissas
e a parte imaginaria ao eixo das ordenadas (Diagrama de Nyquist)
Pode-se tambeacutem representar a impedacircncia como um vetor no plano complexo
Z (ω)=Re[Z(ω)]i +Im[Z(ω)]j ( 21 )
E se Z0 for o moacutedulo da impedacircncia a parte real de 119885(120596) escreve-se
Z=Z0∙ cos φ
( 22 )
sendo a parte imaginaacuteria representada por
Z=Z0∙ sin φ
( 23 )
que segundo a representaccedilatildeo de Fresnel corresponde a
Z(ω)=Z+ j Z
( 24 )
ou seja
1198850=|Z(ω)|=radicZ2+ Z
2 ( 25 )
e
tan φ = Z
Zfrasl ( 26 )
Os diagramas de Nyquist satildeo uacuteteis para reconhecer o tipo de processo envolvido Os diagramas
de Bode por outro lado mostram a dependecircncia direta do acircngulo de fase com a frequecircncia Este
uacuteltimo eacute particularmente interessante em escalas de frequecircncia muito diferentes uma vez que eacute
frequentemente representado atraveacutes da escala logariacutetmica portanto os resultados nos capiacutetulos
subsequentes seratildeo apresentados neste formato
21
21
A teacutecnica de Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica (do inglecircs Electrochemical
Impedance Spectroscopy - EIS) fornece uma visatildeo completa e detalhada das caracteriacutesticas eleacutetricas
da interface eleacutetrodo-eletroacutelito quando efetuada
numa gama suficientemente largada de frequecircncias
Na Figura 11 estaacute representado um esquema da
montagem experimental para mediccedilatildeo da
impedacircncia As reaccedilotildees eletroquiacutemicas satildeo em
essecircncia reaccedilotildees quiacutemicas em que ocorrem
transferecircncia de eletrotildees para um eleacutetrodo e como
regra ocorrem de acordo com princiacutepios quiacutemicos
gerais Haacute contudo certas caracteriacutesticas das
reaccedilotildees eletroquiacutemicas que satildeo uacutenicas Algumas
delas envolvem a transferecircncia de eletrotildees atraveacutes
de uma interface (reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo) o
que acarreta uma dependecircncia com as dimensotildees e
aacuterea do eleacutetrodo assim como tambeacutem das
propriedades da interface com o eleacutetrodo
Eacute habitual que os eleacutetrodos de AgAgCl apresentem potenciais relativamente baixos e
estaacuteveis Portanto a deposiccedilatildeo da camada de AgCl estabilizaraacute o potencial do eleacutetrodo e reduziraacute os
niacuteveis de impedacircncia Eacute de salientar que impedacircncias aceitaacuteveis para os eleacutetrodos de superfiacutecie devem
encontrar-se abaixo dos 5 k uma vez que quanto maior a impedacircncia maior seraacute a resistecircncia do
eleacutetrodo agrave passagem de corrente No entanto valores de 10 k ou mesmo 40 K ainda satildeo
considerados aceitaacuteveis dependendo dos autores [34][35]
Figura 11 Esquema representativo do ensaio potenciostaacutetico para mediccedilatildeo da impedacircncia
22
22
23
23
Capiacutetulo 3 Materiais e meacutetodos
Materiais e meacutetodos
31 Preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes
Na preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes dissolveu-se cloreto de soacutedio (NaCl) em aacutegua
adicionando de seguida um tensioativo (tweencopy-80) e um humectante (propilenoglicol) As
concentraccedilotildees destes componentes variaram nas 3 soluccedilotildees conforme referido na Tabela 2 Conveacutem
referir que cada componente foi dissolvido em constante e contiacutenua agitaccedilatildeo numa placa de
agitaccedilatildeo tendo-se misturado primeiro o propilenogicol com o tweencopy e soacute depois com os restantes
compostos
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas
COMPONENTE INFORMACcedilAtildeO DO COMPONENTE SOLUCcedilAtildeO
1 2 3
NaCl (mV) VWR-BDH Prolabo Lote 27810295
09 09 09
Tweencopy-80 (VV) Acofarma
Lote 130287 3 3 5
Propilenoglicol(VV) Acofarma
Lote 131337 10 30 30
Aacutegua (VV) - qbp 100 qbp 100 qbp 100
A biocompatibilidade das mateacuterias-primas empregues para a obtenccedilatildeo das soluccedilotildees torna este
novo conceito de eleacutetrodo uma alternativa promissora para utilizaccedilatildeo cliacutenica Esta biocompatibilidade
estaacute inversamente relacionada com a concentraccedilatildeo de cloretos de soacutedio ou seja quanto menor a
concentraccedilatildeo tanto maior a biocompatibilidade das soluccedilotildees Por esse motivo as soluccedilotildees
desenvolvidas contavam com pequenas concentraccedilotildees de sais de modo a ser o mais semelhante
possiacutevel aos componentes ioacutenicos da proacutepria pele humana
24
24
32 Produccedilatildeo dos novos eleacutetrodos
321 Produccedilatildeo da estrutura porosa de policarbonato
A produccedilatildeo da estrutura porosa (wicks) foi realizada atraveacutes da sinterizaccedilatildeo de poacutes de
policarbonato (PC)
No que diz respeito ao processo de fabrico propriamente
dito o primeiro passo consistiu na moagem da mateacuteria-prima
(policarbonato) de seguida estas partiacuteculas foram sinterizadas
atraveacutes de um equipamento designado por cilindro de sinterizaccedilatildeo
Este cilindro foi aquecido a uma temperatura de asymp170degC e atingida
esta gama de temperaturas colocaram-se as partiacuteculas no molde
ldquoWickrdquo com as dimensotildees apresentadas na Figura 12 que se
encontrava dentro do cilindro central Procedeu-se
imediatamente ao encaixe do pistatildeo no cilindro central Para
finalizar mergulhou-se em aacutegua fria o cilindro central contendo o
molde deixando de seguida secar agrave temperatura ambiente [36]
322 Preparaccedilatildeo dos eleacutetrodos de pratacloreto de prata
Para a deposiccedilatildeo da camada de cloreto de prata nos fios de prata recorreu-se a uma teacutecnica
de deposiccedilatildeo quiacutemica Para isso os fios de prata (Ag) (diacircmetro = 250 miacutecron 9999 Goodfellow
Cambridge) foram oxidados com uma soluccedilatildeo de cloreto de ferro (III) (MERCK Lote 7705-08-0) apoacutes
um preacute-tratamento que permitiu a remoccedilatildeo de impurezas e sujidades presentes na superfiacutecie dos fios
Este preacute-tratamento consistiu na limpeza da superfiacutecie dos fios com 2-propanol e posterior imersatildeo
dos mesmos numa tina de ultrassons com 2-propanol durante 10 minutos De seguida mergulharam-
se os fios de prata em aacutegua destilada de forma a remover todo o 2-propanol presente Finalmente
o processo de oxidaccedilatildeo consistiu em submergir os fios de prata numa soluccedilatildeo aquosa de FeCl3 50 mM
durante 2 minutos ao finalizar este periacuteodo foram armazenados durante 24h num recipiente revestido
com folha de alumiacutenio que possuiacutea uma soluccedilatildeo de HCl 01M para estabilizaccedilatildeo Os fios que natildeo foram
utilizados imediatamente foram armazenados num recipiente revestido com folha de alumiacutenio com
uma soluccedilatildeo de HCl 0005M O comprimento de cada fio de prata eacute aproximadamente de 8 cm
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato
25
25
323 Montagem dos eleacutetrodos
Apoacutes o fabrico da estrutura porosa e da preparaccedilatildeo dos
fios de prata procedeu-se agrave montagem dos eleacutetrodos para isso
cortaram-se pequenas porccedilotildees de uma esponja em poliuretano
com configuraccedilatildeo ciliacutendrica e um diacircmetro semelhante ao da
parte superior da estrutura porosa De seguida atravessou-se esta
esponja com o fio de prata e inseriu-se o conjunto ldquoesponja +
arame de pratardquo dentro de um orifiacutecio superior que a estrutura
porosa possui Finalmente incorporou-se esta estrutura dentro de
um tubo de PVC de modo a atingir a configuraccedilatildeo apresentada na
Figura 13
33 Preparaccedilatildeo dos ensaios
Antes do iniacutecio dos ensaios os eleacutetrodos foram previamente lavados com 2-propanol e
colocados na estufa de modo a evaporar os resiacuteduos do aacutelcool Posteriormente foi aplicada a soluccedilatildeo
hidratante que se pretendia estudar de modo a que a esponja ficasse completamente embebida Desta
forma por uma parte os novos eleacutetrodos em estudo foram testados recorrendo agraves soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 e por outra os eleacutetrodos que serviram como controlo (eleacutetrodo de AgAgCl
(BIO EASYCAP GmbH Alemanha)) utilizaram o gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) Foram tambeacutem utilizados eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) como referecircncia
Para os estudos eletroquiacutemicos incorporaram-se os eleacutetrodos numa montagem constituiacuteda por
um potenciostatogalvanostato Gamry G-300 (Gamry Instruments USA) De modo a diminuir o ruiacutedo
eletroacutenico os ensaios foram todos realizados dentro de uma Gaiola de Faraday Eacute importante referir
que uma vez o nosso sistema de aquisiccedilatildeo de dados era ldquoearth groundedrdquo seguiu-se a sugestatildeo da
bula do Gamry e optou-se unicamente por ligar o ldquofloating groundrdquo agrave gaiola
34 Condiccedilotildees dos ensaios
A primeira parte do trabalho foi desenvolvida laquoIn vitroraquo com eleacutetrodos multipino foi feito
entatildeo um estudo do ruido eletroquiacutemico entre eleacutetrodos do mesmo tipo nas diferentes soluccedilotildees
referidas na Tabela 2 De seguida realizou-se um estudo das impedacircncias dos novos eleacutetrodos nas
diferentes soluccedilotildees seguidos por um estudo de controlo realizado nas mesmas condiccedilotildees com o
eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente e o correspondente gel hidratante Estes ensaios foram
reproduzidos 3 vezes uma vez que em estudos anteriores jaacute se tinha verificado uma boa
reprodutibilidade dos ensaios
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios
26
26
Na segunda fase dos estudos realizou-se uma avaliaccedilatildeo do ruido da impedacircncia vs frequecircncia
laquoIn vivoraquo com as diferentes soluccedilotildees Estes ensaios foram realizados em 8 voluntaacuterios saudaacuteveis 6 do
sexo feminino e 2 do masculino Deste modo consegue-se escolher uma soluccedilatildeo para avanccedilar ao
estaacutegio seguinte que consistia na mediccedilatildeo e comparaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos obtidos tanto
com os eleacutetrodos de controlo como com os eleacutetrodos multipino porosos com a soluccedilatildeo hidratante mais
adequada Os resultados foram obtidos com a participaccedilatildeo de 2 voluntaacuterios saudaacuteveis de ambos sexos
341 Ensaios laquoIn vitroraquo
3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito
Nos ensaios de ruiacutedo eletroquiacutemico apenas foram utilizados eleacutetrodos multipino porosos
Fig14 (b) sendo um ligado ao terminal do eleacutetrodo de trabalho e o outro ao terminal do eleacutetrodo de
referecircncia A distacircncia entre os eleacutetrodos foi controlada durante o decorrer dos ensaios optando-se
por uma distacircncia de 3 cm entre os dois eleacutetrodos Foi tambeacutem realizada uma montagem de controlo
nas mesmas condiccedilotildees contudo esta era constituiacuteda por dois eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel
Electro-Cap International Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA)
Estabelecida a montagem do sistema eletroacutenico procedeu-se agrave mediccedilatildeo do ruiacutedo eleacutetrico em
circuito aberto para isso recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software ldquoESA410 Data Acquisitionrdquo da Gamry
um software projetado especificamente para a aquisiccedilatildeo e anaacutelise de sinais de ruiacutedo eletroquiacutemico
[37] Para aquisiccedilatildeo dos dados o ESA410trade associa-se ao potenciostato Gamry que faz aquisiccedilatildeo dos
dados em modo potenciostaacutetico a recolha dos dados eacute feita em circuito aberto O teste para cada
eleacutetrodo foi realizado ao longo de 12 minutos com uma taxa de amostragem constante de 1000 Hz
ao longo de todo o teste e um filtro de 10 A frequecircncia de amostragem foi escolhida tendo em conta
o Teorema de Nyquist que afirma que a frequecircncia de amostragem de um sinal analoacutegico para que
possa posteriormente ser reconstituiacutedo com o miacutenimo de perda de informaccedilatildeo deve ser igual ou maior
a duas vezes a maior frequecircncia do espectro desse sinal 119861 le119891119904
2 Por outras palavras a frequecircncia
maacutexima do sinal de entrada deveraacute ser menor ou igual a metade da taxa de amostragem [38] Para
que isto seja conseguido o sistema incorpora um filtro passa-baixo ldquoanti-aliasrdquo (deixa passar baixas
frequecircncias mas atenua as frequecircncias maiores do que a frequecircncia de Nyquist) [39]
3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito
Na montagem eletroacutenica dos ensaios de impedacircncia o contra eleacutetrodo era representado por
um eleacutetrodo comercial de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) o eleacutetrodo de trabalho um
eleacutetrodo poroso multipino (cada ensaio com as suas diferentes soluccedilotildees) e o eleacutetrodo de referecircncia
um eleacutetrodo de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) Fig14 (a) Optou-se tambeacutem pela
27
27
implementaccedilatildeo de um controlo com eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap International
Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap International Inc USA)
A obtenccedilatildeo dos dados eacute feita atraveacutes da teacutecnica de espectroscopia de impedacircncia
eletroquiacutemica em modo potenciostaacuteticordquo presente no software EIS300TM da Gamry neste modo de
funcionamento eacute aquirido um espectro de impedacircncia ao longo do intervalo de frequecircncias de 10 kHz
ateacute 01 Hz com uma tensatildeo AC aplicada (5 mV RMS) da tensatildeo de desvio DC (0 V vs circuito aberto)
e representados 3 pontos por deacutecada
(a) (b)
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo
342 Ensaios laquoIn vivoraquo
3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele
De modo a mensurar o ruiacutedo
causado pela interface entre o eletroacutelito e
a pele procedeu-se agrave montagem de um
sistema semelhante ao utilizado nos
ensaios do ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito dentro
de uma gaiola de Faraday contudo estes
ensaios foram realizados laquoIn vivoraquo
procedendo-se agrave colocaccedilatildeo dos dois
eleacutetrodos na zona anterior da tiacutebia com
um espaccedilo entre eles de 3 cm (Figura 15)
apoacutes a superfiacutecie da pele ter sido limpa
com etanol a 70
A montagem contava com um sistema de seguranccedila inserido em seacuterie no sistema de mediccedilatildeo
e que corta a corrente se esta for superior a 100 microA
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
28
28
A mediccedilatildeo do ruido foi feita tendo em conta o tipo de eleacutetrodo tendo-se para isso optado por
fazer as mediccedilotildees com eleacutetrodos do mesmo tipo ou seja num primeiro ensaio mensurou-se o ruido
entre 2 eleacutetrodos de pratacloreto de prata com o respetivo gel hidratante e numa segunda
abordagem optou-se por mensurar o ruido entre dois dos eleacutetrodos porosos com as diferentes soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 Contudo foi controlada a pressatildeo da banda que fixava os eleacutetrodos porosos
agrave tiacutebia sendo estipulado o valor da pressatildeo no intervalo de 15N a 2N
Neste ensaio o primeiro eleacutetrodo encontra-se ligado aos terminais dos eleacutetrodos de trabalho
o segundo ao terminal da referecircncia e o cabo do ground foi ligado agrave gaiola
Os paracircmetros dos ensaios foram os mesmos que os utilizados para a mediccedilatildeo do ruido
eleacutetrodo-eletroacutelito apresentados na secccedilatildeo 3411 contudo o tempo de aquisiccedilatildeo de sinal foi
reduzido a 5 minutos de modo a minorar o tempo de exposiccedilatildeo dos voluntaacuterios aos exames
3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele
laquoIn vivoraquo estes ensaios foram feitos logo
apoacutes a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico portanto a
superfiacutecie da pele se encontrava limpa e a
colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos obedecia agrave regra dos 3 cm
de distacircncia entre eleacutetrodos e 15-2N de pressatildeo
Para a mediccedilatildeo da impedacircncia eacute utilizada uma
configuraccedilatildeo diferente como referido no capitulo
33 Satildeo portanto utilizados 2 eleacutetrodos
comerciais de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH
Alemanha) um como referecircncia e outro como
contra eleacutetrodo e o eleacutetrodo em estudo
propiamente dito seja este o comercial (controlo)
ou o novo eleacutetrodo (Figura 16)
Os resultados obtidos para as diferentes
frequecircncias aleacutem de poderem ser representados
pelo diagrama de Nyquist como referido anteriormente podem tambeacutem ser representados num
Diagrama de Bode Neste diagrama a distribuiccedilatildeo dos valores de impedacircncia por vaacuterias ordens de
grandeza eacute representada em coordenadas polares (magnitude log|119885| em funccedilatildeo de log120596 )
3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos primariamente limpou-se a superfiacutecie do
escalpe com aacutelcool a 70 de modo a minimizar a camada gordurosa da pele De seguida procedeu-se
agrave colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos Foram colocados dois eleacutetrodos de AgAgCl (comerciais) um de forma a
servir como controlo (posiccedilatildeo O2) e outro em curto-circuito com o ground e a referecircncia (posiccedilatildeo
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino
durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia
29
29
Fp2) O eleacutetrodo poroso em estudo colocou-se a cerca de 3 cm do eleacutetrodo de AgAgCl posiccedilatildeo O2
de modo a captar o mesmo sinal que o obtido pelo eleacutetrodo de controlo (Figura 17)
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos
35 Implementaccedilatildeo em Matlab
Apoacutes a importaccedilatildeo do ficheiro obtido nos ensaios de ruiacutedo para o Matlab foi criado um filtro
Butterworth de ordem 20 de 05 ateacute 40 Hz atraveacutes da funccedilatildeo jaacute implementada pelo Matlab
ldquofdesignbandpassrdquo De seguida eacute aplicado o filtro duas vezes A primeira desde o primeiro ponto ateacute
o uacuteltimo e o segundo na ordem inversa Deste modo consegue-se natildeo soacute uma filtragem dupla mas
tambeacutem o cancelamento da fase dos filtros Assim efetivamente o filtro utilizado eacute de ordem 40 de
fase nula
De seguida eacute dividido o ensaio em segmentos de 30 segundos rejeitando os primeiros 10
segundos do ensaio Para cada segmento natildeo sobreposto eacute calculado o valor RMS da tensatildeo a
densidade espectral de potecircncia atraveacutes da estimaccedilatildeo pwelch do Matlab e o declive meacutedio (primeira
derivada do sinal) Contudo no final eacute calculada tambeacutem a densidade espectral de potecircncia global
que eacute expressa em dB
30
30
31
31
Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos
Resultados obtidos e discussatildeo
41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo
411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos
eleacutetrodos
Neste estudo eacute de extrema relevacircncia a eleiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante a utilizar Para isso
recorreu-se agrave realizaccedilatildeo de vaacuterios ensaios que possibilitassem uma avaliaccedilatildeo objetiva da resposta do
sistema Efetuou-se entatildeo primeiro uma anaacutelise do ruiacutedo ao longo de 12 minutos com os eleacutetrodos
multipino nas diferentes soluccedilotildees (um medido contra o outro) e a respetiva referecircncia de seguida
realizou-se um ensaio para mensurar a resistecircncia agrave passagem de corrente com os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees e a respetiva referecircncia
Assim sendo a Figura 18 revela a impedacircncia dos eleacutetrodos nas diferentes soluccedilotildees testadas
Nesta pode-se observar que a soluccedilatildeo 1 apresenta niacuteveis de impedacircncia ligeiramente mais baixos que
as restantes soluccedilotildees Contudo os seus niacuteveis encontram-se uma deacutecada acima dos valores obtidos
pelo eleacutetrodo e AgAgCl utilizado comercialmente com o respetivo gel hidratante Observa-se ainda
que os desvios padratildeo satildeo tatildeo baixos que quase natildeo satildeo percetiacuteveis o que significa que os ensaios satildeo
bastante reprodutiacuteveis Eacute tambeacutem importante notar que ao longo de todas as frequecircncias testadas
os valores de impedacircncia aleacutem de se encontrarem todos abaixo dos valores maacuteximos permitidos (20-
40 k) [35] encontram-se ainda abaixo dos 5 k referidos como valores de impedacircncia ideal por vaacuterios
fornecedores [40][41] o que eacute de extrema relevacircncia nos passos subsequentes de aquisiccedilatildeo do sinal
uma vez que eacute indispensaacutevel ter baixos niacuteveis de impedacircncia para conseguir captar ondas cerebrais
32
32
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Foram ainda feitas mediccedilotildees de ruiacutedo nas mesmas condiccedilotildees Realizando-se de seguida uma
anaacutelise no domiacutenio temporal e outra no domiacutenio das frequecircncias Para isso como foi referido no
capitulo 35 recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software Matlab A primeira anaacutelise eacute feita no domiacutenio
temporal (Figura 19 (a)) sob a forma de um graacutefico da tensatildeo meacutedia (RMS) em funccedilatildeo do tempo que
eacute obtida apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa-alto de modo a retirar a componente DC do sinal e assim
obter um sinal de ruiacutedo para altas frequecircncias que seraacute representado em periacuteodos de 30 segundos
Deste modo eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees da quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo de
estabilizaccedilatildeo do eleacutetrodo O que se observa eacute que os niacuteveis de ruiacutedo ao longo do tempo variam entre
185 microV ateacute 2 microV o que equivale a uma variaccedilatildeo maacutexima de 015 microV tanto para os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees como para o eleacutetrodo de AgAgCl no respetivo gel hidratante Observa-se
ainda que aleacutem das pequenas variaccedilotildees ao longo do tempo o desvio padratildeo para todas as soluccedilotildees eacute
muito semelhante sugerindo que natildeo haacute diferenccedilas significativas a niacutevel das soluccedilotildees implementadas
Eacute ainda de salientar que natildeo se observa nenhuma evoluccedilatildeo de ruiacutedo ao longo do tempo o que sugere
uma estabilizaccedilatildeo do sistema muito raacutepida A segunda anaacutelise no domiacutenio temporal corresponde ao
declive meacutedio (Figura 19 (b)) foi realizada recorrendo agrave primeira derivada do sinal em DC obtido a
cada 30 segundos Deste graacutefico eacute possiacutevel retirar informaccedilatildeo referente agrave deriva do potencial e ao
tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema Assim recorrendo agrave sua visualizaccedilatildeo observa-se que a
estabilizaccedilatildeo eacute feita de forma semelhante para todas as soluccedilotildees Contudo a soluccedilatildeo 3 apresenta
menos variaccedilotildees ao longo do tempo valores mais proacuteximos de zero e maior reprodutibilidade entre
ensaios Finalmente o teste de controlo efetuado com os eleacutetrodos comerciais de AgAgCl no gel
aparentam ser ligeiramente menos estaacuteveis contudo os valores se encontram na mesma gama de
tensotildees
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Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Para concluir realizou-se uma anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias para isso recorreu-se ao
graacutefico da densidade espectral de tensatildeo (Figura 20) Nele observa-se que os resultados do ruiacutedo do
sinal aumentam com a diminuiccedilatildeo das frequecircncias numa proporccedilatildeo 119903119906iacute119889119900 ~ 1 119891119903119890119902119906ecirc119899119888119894119886frasl
confirmando os estudos feitos por E Huigen em 2002 [20] No entanto estes tendem a estabilizar a
partir dos 10 Hz em valores proacuteximos dos -238 dB Eacute de referir que a para frequecircncias elevadas o
sinal de ruiacutedo eacute determinado pelo ruiacutedo do amplificador e natildeo pelo ruiacutedo da interface metal-eletroacutelito
uma vez que este eacute significativamente menor do que o ruiacutedo do amplificador impedindo assim a sua
mediccedilatildeo mesmo com equipamentos de baixo ruiacutedo [20]
34
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Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
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a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
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Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
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Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
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Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
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Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
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Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
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Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
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Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
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Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
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Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
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Anexos
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pele No entanto esta observaccedilatildeo eacute contrabalanccedilada pela dificuldade em fazer contato mecacircnico e
eleacutetrico firme Em tais casos a impedacircncia da pele eacute muito elevada e por vezes eacute necessaacuterio recorrer
agrave remoccedilatildeo dos pelos antes de realizar o exame [14]
231 Hidrataccedilatildeo da pele
O processo de hidrataccedilatildeo da pele humana acontece por duas vias a interna e a externa [21] No
caso da via interna isto acontece quando os queratinoacutecitos migram atraveacutes da derme e sofrem
alteraccedilotildees significativas uma vez que paralelamente a esse processo satildeo libertados liacutepidos e o fator
de hidrataccedilatildeo natural da pele (NMF - Natural moisturizer factor) No caso dos liacutepidos estes formam
uma barreira para a perda de aacutegua e ajudam a reter a hidrataccedilatildeo natural da pele Jaacute no caso da
hidrataccedilatildeo por via externa esta acontece quando introduzimos na pele substacircncias cosmeacuteticas e
farmacecircuticas com capacidades de humedecer as camadas externas da pele para isso na produccedilatildeo
destas substacircncias satildeo utilizadas principalmente trecircs tipos de ingredientes (1) os humectantes que
Incluem a glicerina a ureia e o aacutecido carboxiacutelico da pirrolidona (PCA) que atuam atraindo a aacutegua das
camadas inferiores da derme e ajudando a manter essa aacutegua no estrato coacuterneo (2) os agentes oclusivos
que aumentam os niacuteveis de humidade proporcionando uma barreira fiacutesica para a perda de aacutegua (ceras
oacuteleos e silicones) (3) os emolientes que procuram restaurar os NMF [21]
2311 O gel para utilizaccedilatildeo com os eleacutetrodos
O gel utilizado nos eleacutetrodos serve para (1) assegurar um bom contacto eleacutetrico com a pele do
paciente (2) facilitar a transferecircncia de carga na interface eleacutetrodo-eletroacutelito e assim (3) diminuir
a impedacircncia do estrato coacuterneo [14]
Existem dois tipos de gel o gel huacutemido normalmente denominados como pasta creme ou
substacircncia gelatinosa e o hidrogel Os primeiros satildeo geralmente compostos por aacutegua um agente
espessante bactericidasfungicidas sais ioacutenicos e um surfatante O sal ioacutenico tem como finalidade
conferir condutividade eleacutetrica ao gel e diminuir a impedacircncia eleacutetrica da pele atraveacutes da sua difusatildeo
na mesma Normalmente os sais utilizados satildeo o cloreto de soacutedio (NaCl) ou de potaacutessio (KCl) uma vez
que a maior parte dos iotildees presentes na superfiacutecie da pele humana satildeo o cloreto o soacutedio e o potaacutessio
permitindo assim que elevadas concentraccedilotildees destes sais sejam melhor toleradas pelo corpo
[14][18][22] Por outro lado o hidrogel eacute um gel soacutelido que incorpora hidrocoloacuteides naturais no
entanto a utilizaccedilatildeo destes agentes naturais por vezes provoca desempenhos variaacuteveis e cores pouco
atrativas levando assim agrave utilizaccedilatildeo de hidrocoloacuteides artificiais de modo a eliminar variabilidades
indesejadas
O hidrogel tecircm tendecircncia a causar menos irritaccedilotildees na pele quando comparado com o gel huacutemido
porque o hidrogel limita-se a garantir um bom contato eleacutetrico entre a pele e o eleacutetrodo sem afetar
as propriedades do stratum corneum [14]
14
14
O hidrogel eacute eletricamente mais resistivo do que o gel no entanto esta desvantagem eacute
compensada tanto pela utilizaccedilatildeo de maiores aacutereas com hidrogel como tambeacutem pela diminuiccedilatildeo da
espessura da camada do mesmo Contudo isto natildeo eacute suficiente uma vez que o hidrogel natildeo eacute tatildeo
eficaz na hidrataccedilatildeo da pele (tem tendecircncia a absorver humidade) dando assim como resultado um
aumento na impedacircncia da pele [14]
24 Teacutecnicas de revestimento da prata com cloreto de prata
Finas camadas de um determinado metal depositado sobre um substrato desemprenham
muitas vezes uma funccedilatildeo essencial em muitos dispositivos como por exemplo nos circuitos integrados
No caso dos eleacutetrodos eacute necessaacuterio revestir os fios de prata com finas camadas de cloreto de prata
com o intuito de auxiliar a concretizaccedilatildeo das trocas ioacutenicas referidas no capiacutetulo 1 equaccedilatildeo (1) de
modo a ter-se uma transduccedilatildeo do sinal ioacutenico num sinal eleacutetrico de forma eficaz e reversiacutevel Estas
camadas devem apresentar caracteriacutesticas rigorosamente controladas A espessura a estrutura
atoacutemica e a composiccedilatildeo quiacutemica devem ser uniformes [14][18] Eacute tambeacutem importante que exista
pouca ou nenhuma contaminaccedilatildeo por outras partiacuteculas
As propriedades dos filmes satildeo altamente dependentes dos processos de deposiccedilatildeo Estes
devem ter boa aderecircncia e prover uma boa cobertura Deste modo para a preparaccedilatildeo da prata para
eleacutetrodos a teacutecnica a utilizar deve ser a deposiccedilatildeo eletroquiacutemica atraveacutes de um processo que envolve
a deposiccedilatildeo de um material soacutelido por meio de uma reaccedilatildeo quiacutemica com ou sem recurso a energia
externa Neste caso os substratos de prata satildeo submersos numa soluccedilatildeo contendo um agente oxidante
(por exemplo cloreto feacuterrico) produzindo assim uma fina camada de cloreto de prata ( ( 4)
Ag + + FCl3 FeCl2 + Ag ( 4 )
Em geral a deposiccedilatildeo por electroless plating de um metal envolve a deposiccedilatildeo de um
revestimento metaacutelico a partir dos seus iotildees presentes num banho aquoso sobre uma superfiacutecie atraveacutes
de uma reaccedilatildeo de reduccedilatildeo quiacutemica controlada que eacute ativada pelo metal que estaacute a ser depositado
(reduzido) [23] Os revestimentos obtidos atraveacutes da implementaccedilatildeo desta teacutecnica satildeo geralmente
uniformes duros com elevadas resistecircncias agrave corrosatildeo e ao desgaste e apresentam baixo coeficiente
de fricccedilatildeo [24][25]
Existe contudo uma enorme variedade de meacutetodos eletroquiacutemicos que permitem a
oxidaccedilatildeodeposiccedilatildeo de finas camadas de cloreto de prata tais como a deposiccedilatildeo assistida por plasma
ou por feixes de iotildees o sputtering a deposiccedilatildeo quiacutemica e a deposiccedilatildeo fiacutesica em fase de vapor etc
[25] Todavia a execuccedilatildeo destes processos envolve a utilizaccedilatildeo de equipamentos altamente
especializados em ambiente de vaacutecuo vaacuterias soluccedilotildees e um campo eleacutetrico de modo a possibilitar a
transformaccedilatildeo de energia quiacutemica em energia eleacutetrica e vice-versa Finalmente um meacutetodo tambeacutem
bastante usado eacute a sinterizaccedilatildeo de poacute de cloreto de prata sobre o substrato metaacutelico dando origem
a um revestimento espesso e poroso
15
15
25 Novo conceito de eleacutetrodo
O desenvolvimento do novo tipo de bioeleacutetrodo busca
colmatar as lacunas presentes nos eleacutetrodos disponiacuteveis
comercialmente (dos tipos huacutemido e seco) Tentando manter as
melhores carateriacutesticas de cada tipo de eleacutetrodo Para isso eacute
necessaacuterio desenvolver o eleacutetrodo com materiais condutores que
possibilitem as trocas ioacutenicas e aleacutem disso tenha a capacidade
de manter huacutemido o ponto de contacto com a pele de forma a
diminuir a impedacircncia na interface mas sem usar pastas ou gel
que sujam a pele
A hidrataccedilatildeo da pele por via externa nos ensaios a
realizar eacute feita atraveacutes da aplicaccedilatildeo de diferentes soluccedilotildees
hidratantes que se encontram embebidas numa esponja num
reservatoacuterio existente no eleacutetrodo (Figura 8) Estas soluccedilotildees tecircm a capacidade de migrar atraveacutes do
eleacutetrodo atraveacutes do efeito de capilaridade e gravidade uma vez que a base do eleacutetrodo eacute feita de
policarbonato com porosidade aberta adequada ao fenoacutemeno da capilaridade
O desenvolvimento deste bioeleacutetrodo inovador possibilita tambeacutem uma colocaccedilatildeo raacutepida
coacutemoda e segura Uma vez que estes passam a ser colocados com uma touca
Finalmente eacute tambeacutem importante referir que a forma do eleacutetrodo em multipino permitiraacute
numerosos pontos de contacto de modo a minimizar a impedacircncia do mesmo contribuindo para a
obtenccedilatildeo de melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
26 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
O ruiacutedo eacute um sinal interferente de natureza aleatoacuteria que provoca a degradaccedilatildeo de sinal
durante o seu processamento Em eletroacutenica diz respeito a quaisquer correntes ou tensotildees indesejadas
que mascaram o sinal que realmente interessa
Nos dispositivos e circuitos eletroacutenicos existem inuacutemeras fontes de ruiacutedo dai a importacircncia
na sua caraterizaccedilatildeo
Um tipo importante de ruiacutedo eacute o ruiacutedo de Johnson-Nyquist presente nos portadores de carga
e em todos os elementos com resistecircncia eleacutetrica Este tipo de ruiacutedo eacute caraterizado por uma densidade
espectral de potecircncia (do inglecircs power spectral density - PSD) uniforme e forma de onda gaussiana
[26]
O ruiacutedo de Johnson-Nyquist eacute comumente chamado ruiacutedo teacutermico e a sua tensatildeo eficaz pode
ser calculado atraveacutes da ( 5 para uma resistecircncia eleacutetrica R
Vt= radic4∙k∙T∙B∙R=radic16times1020
∙B∙R ( 5 )
Figura 8 Eleacutetrodo de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios A representa o fio de prata B a soluccedilatildeo condutora C a esponja do reservatoacuterio e D material de policarbonato de natureza porosa onde se estabelece o contacto com a pele
16
16
onde k representa a constante de Boltzmann em JK T a temperatura da resistecircncia em K B
a banda equivalente de ruiacutedo e R o valor da resistecircncia em Ohm
Para o caacutelculo da banda equivalente de ruiacutedo considera-se que o sistema tem uma funccedilatildeo de
transferecircncia do tipo 1198810
119881119894frasl = 119860(119895119891) e estaacute sujeito a uma entrada de ruiacutedo de PSD 119878119881119894
Deste modo
obtemos que o valor meacutedio da tensatildeo de ruiacutedo na saiacuteda para um amplificador seraacute
1198811198990
2 = int 119878119881119894 |A(jf)|2 partfinfin
0
( 6 )
Sendo |119860(119895119891)| usualmente uma funccedilatildeo do tipo
Figura 9 Funccedilatildeo de um filtro passa-baixos |119912(119947119943)|
Uma vez que as regiotildees sombreadas satildeo iguais pode-se simplificar o caacutelculo atraveacutes da aacuterea
de um retacircngulo com a mesma aacuterea que o quadrado da funccedilatildeo de transferecircncia Temos entatildeo que a
banda equivalente eacute dada por
B=1
|A0|2int |A(jf)|2 partf
infin
0
( 7 )
Outro tipo de ruiacutedo presente nos equipamentos eletroacutenicos que eacute interessante estudar eacute o
ruiacutedo ldquoshotrdquo ou ruiacutedo de corrente (Ish) que como o nome indica estaacute associado agrave corrente DC que
flui atraveacutes de uma barreira de potencial e pode ser representado por
Ish= radic2∙q∙IDc∙B ( 8 )
Onde q representa a carga eletroacutenica em coulomb e IDC a corrente contiacutenua meacutedia em ampere
Finalmente outro tipo de ruiacutedo a estudar seraacute o ruiacutedo 1f ldquoflickerrdquo ou ruiacutedo de contacto (If)
que ocorre devido agraves diferenccedilas nos niacuteveis de energia eleacutetricos quando existe um contato imperfeito
entre dois materiais Este tipo de ruiacutedo pode ser calculado atraveacutes de
119868119891 = 119870 ∙ 119868119863119888 ∙ radic119861
radic119891 ( 9 )
Onde K eacute um valor constante que depende do material e da geometria
A baixas frequecircncias este ruiacutedo eacute chamado de ruiacutedo ldquo1frdquo devido agrave tendecircncia caracteriacutestica
de decrescimento com a frequecircncia Eacute importante notar que a magnitude do ruido ldquoflickerrdquo pode ser
17
17
muito grande para pequenas frequecircncias o que leva a que seja a forma de ruiacutedo predominante em
circuitos de baixa frequecircncia
Considerando o ruiacutedo total como adiccedilatildeo das contribuiccedilotildees dos vaacuterios tipos de ruiacutedo na
configuraccedilatildeo eleacutetrica adotada para um amplificador pode-se considerar que o ruiacutedo na entrada segue
a representaccedilatildeo da Figura 10 da qual eacute possiacutevel retirar que
1198681198992 =
1198811198991199052 minus 119881119899
2 minus 1198811199052
1198771199042 ( 10 )
Na praacutetica In pode ser calculado atraveacutes da PSD do ruiacutedo total obtido com uma resistecircncia
elevada de modo a que 1198811198990≫ 119860radic119881119899
2 ∙ 1198811199052 e que Vn eacute a PSD do sistema com a entrada em curto circuito
Figura 10 Circuito representativo dos componentes do ruiacutedo do amplificador na entrada segundo o modelo Vn-In
No corpo humano a captaccedilatildeo dos biopotenciais no escalpe estaacute sujeita agrave presenccedila de ruiacutedo
eleacutetrico intriacutenseco indesejado na interface eleacutetrodogelpele que faz com que o processo de deteccedilatildeo
e anaacutelise dos sinais bioloacutegicos reais seja mais complicado Eacute necessaacuterio por isso caracterizar e
conhecer a magnitude e origem destas flutuaccedilotildees de modo a caraterizar a qualidade dos eleacutetrodos
desenvolvidos
O ruiacutedo eleacutetrodo-pele pode estar ligado agrave interface entre o eleacutetrodo e o eletroacutelito ou entatildeo
agrave interface eletroacutelito-pele No primeiro caso esta situaccedilatildeo pode ser mensurada atraveacutes da colocaccedilatildeo
de eleacutetrodos do mesmo tipo um contra o outro Por outro lado o ruiacutedo produzido pela interface
eletroacutelito-pele deve ser mensurado de uma forma indireta atraveacutes do contacto direto entre o eleacutetrodo
e a pele Nesta situaccedilatildeo o ruiacutedo eacute tipicamente mais elevado do que o que se obteacutem na interface
eleacutetrodo-eletroacutelito [3] Uma vez que os resultados obtidos nestes ensaios dependem diretamente do
estado da pele eacute importante garantir um tratamento preacutevio adequado
18
18
261 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio do tempo RMS e Deriva do potencial
A raiz do valor quadraacutetico meacutedio RMS (do inglecircs root mean square) ou valor eficaz eacute uma
medida estatiacutestica da magnitude de uma quantidade variaacutevel que pode ser calculada atraveacutes da
expressatildeo
120600119877119872119878 = radic1
119873 sum120600119894
2
119873
119894=1
= radic1206001
2 + 12060022 + ⋯+ 120600119873
2
119873 ( 11 )
Nos sinais a estudar satildeo calculados os valores RMS da parte alternada do sinal em intervalos
de tempo sucessivos Destes valores eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees acerca da evoluccedilatildeo temporal do
sinal assim como a quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo
Por outro lado a deriva do potencial eacute calculada recorrendo agrave primeira derivada do sinal nos
diferentes pontos pela componente contiacutenua do sinal sendo portanto de natureza lenta Eacute possiacutevel
por isso analisar a deriva do potencial e o tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema atraveacutes do recurso desde
caacutelculo
262 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio das frequecircncias Densidade espectral
A densidade espectral de potecircncia PSD eacute definida pela transformada de Fourier da funccedilatildeo
de autocorrelaccedilatildeo (Rxx (120591)) de um processo estacionaacuterio ou seja
Teorema de Wiener-Khintchine 119878119909(119891) = F[Rxx(120591)]= int Rxx(120591)119890minus 1198952120587119891120591119889120591infin
minusinfin
( 12 )
Por outras palavras a PSD descreve a distribuiccedilatildeo da variacircncia de um processo aleatoacuterio no
domiacutenio da frequecircncia [27][28]
No Matlab esta estimaccedilatildeo eacute feita atraveacutes da funccedilatildeo pwelch jaacute implementada esta segue o
meacutetodo Welch para o caacutelculo da PSD Este meacutetodo eacute baseado no conceito de utilizaccedilatildeo de
periodogramas de estimaccedilatildeo espectral que satildeo o resultado da conversatildeo de um sinal no domiacutenio
temporal para o domiacutenio da frequecircncia [29] Para isso o meacutetodo Welch segue o fundamento do
meacutetodo Bartlett contudo permite a sobreposiccedilatildeo de segmentos [30]
O meacutetodo Bartlett consiste primeiramente na divisatildeo do segmento original de N amostras em
K segmentos de comprimento M Para cada segmento eacute obtido o periodograma calculado atraveacutes da
transformada discreta de Fourier de seguida eacute calculado o quadrado do resultado e dividido por M
Finalmente eacute feita a meacutedia do resultado dos periodogramas para todos os segmentos de K amostras
resultando num uacutenico vetor de potenciais em funccedilatildeo da frequecircncia Ou seja a reparticcedilatildeo da potecircncia
ao longo do espetro [28]
19
19
27 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo da impedacircncia
Um sistema eletroquiacutemico eacute aquele onde haacute a presenccedila de pelo menos uma fase condutora
eletroacutenica (eleacutetrodo) em contato direto com uma fase condutora ioacutenica (eletroacutelito) as quais originam
a interface eleacutetrodo-eletroacutelito onde se forma duma dupla camada eleacutetrica
A mediccedilatildeo da impedacircncia eletroquiacutemica em modo potenciostaacutetico eacute feita atraveacutes da
aplicaccedilatildeo de um sinal de potencial eleacutetrico sinusoidal 119881(119905) com cerca de 5 a 20 mV numa ceacutelula
eletroquiacutemica Satildeo medidas a resposta na forma de corrente eleacutetrica 119868(119905) e diferenccedila de fase entre
o sinal de potencial e o sinal da corrente [31] Ao medir a corrente alternada que atravessa a ceacutelula
eletroquiacutemica obtemos a impedacircncia Z da forma convencional 119885 = 119881119868 [32] Refira-se que a obtenccedilatildeo
da impedacircncia pode igualmente ser feita impondo uma perturbaccedilatildeo de corrente e medindo o
potencial A impedacircncia do eleacutetrodo reflete entatildeo a capacidade do eleacutetrodo para transferir carga a
determinada frequecircncia [32][33]
Deste modo tem-se se os valores da tensatildeo alternada V(t) e da intensidade I(t) forem
representados por
V(t)=V0∙ cos ωt
( 13 )
I(t)=I0∙ cos (ωt+φ) ( 14 )
No qual V0 representa a amplitude de pico do sinal 120596 a frequecircncia angular (120596 = 2120587119891) I0 a
amplitude do sinal de corrente e 120593 a diferenccedila de fase entre os dois sinais
Pela equaccedilatildeo de Euler
eiφ= cos φ +j sin φ ( 15 )
temos entatildeo que se φ=120596119905
V(t)= V0∙Re(ejωt) ( 16 )
representando essa tensatildeo alternada como uma parte real de uma grandeza complexa
temos que V(t) eacute equivalente a
V(t)=V0∙Re(119888119900119904120596119905 + 119895 ∙ 119904119894119899 120596119905) ( 17 )
Por outro lado atendendo agrave Equaccedilatildeo de Euler acima descrita a corrente eleacutetrica gerada
por um elemento de circuito em resposta a uma tensatildeo alternada pode ser escrita como
I(t)=I0∙Re(119890(120596119905+120593))
( 18 )
Deste modo a impedacircncia fica
Z(ω)=Z0∙ejφ
( 19 )
e aplicando a equaccedilatildeo de Euler
Z(ω)=Z ( cos φ + j sin φ ) ( 20 )
20
20
Obtemos uma equaccedilatildeo composta de uma parte real e uma parte imaginaacuteria possibilitando
assim a sua representaccedilatildeo num plano cartesiano onde a parte real corresponderaacute ao eixo das abcissas
e a parte imaginaria ao eixo das ordenadas (Diagrama de Nyquist)
Pode-se tambeacutem representar a impedacircncia como um vetor no plano complexo
Z (ω)=Re[Z(ω)]i +Im[Z(ω)]j ( 21 )
E se Z0 for o moacutedulo da impedacircncia a parte real de 119885(120596) escreve-se
Z=Z0∙ cos φ
( 22 )
sendo a parte imaginaacuteria representada por
Z=Z0∙ sin φ
( 23 )
que segundo a representaccedilatildeo de Fresnel corresponde a
Z(ω)=Z+ j Z
( 24 )
ou seja
1198850=|Z(ω)|=radicZ2+ Z
2 ( 25 )
e
tan φ = Z
Zfrasl ( 26 )
Os diagramas de Nyquist satildeo uacuteteis para reconhecer o tipo de processo envolvido Os diagramas
de Bode por outro lado mostram a dependecircncia direta do acircngulo de fase com a frequecircncia Este
uacuteltimo eacute particularmente interessante em escalas de frequecircncia muito diferentes uma vez que eacute
frequentemente representado atraveacutes da escala logariacutetmica portanto os resultados nos capiacutetulos
subsequentes seratildeo apresentados neste formato
21
21
A teacutecnica de Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica (do inglecircs Electrochemical
Impedance Spectroscopy - EIS) fornece uma visatildeo completa e detalhada das caracteriacutesticas eleacutetricas
da interface eleacutetrodo-eletroacutelito quando efetuada
numa gama suficientemente largada de frequecircncias
Na Figura 11 estaacute representado um esquema da
montagem experimental para mediccedilatildeo da
impedacircncia As reaccedilotildees eletroquiacutemicas satildeo em
essecircncia reaccedilotildees quiacutemicas em que ocorrem
transferecircncia de eletrotildees para um eleacutetrodo e como
regra ocorrem de acordo com princiacutepios quiacutemicos
gerais Haacute contudo certas caracteriacutesticas das
reaccedilotildees eletroquiacutemicas que satildeo uacutenicas Algumas
delas envolvem a transferecircncia de eletrotildees atraveacutes
de uma interface (reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo) o
que acarreta uma dependecircncia com as dimensotildees e
aacuterea do eleacutetrodo assim como tambeacutem das
propriedades da interface com o eleacutetrodo
Eacute habitual que os eleacutetrodos de AgAgCl apresentem potenciais relativamente baixos e
estaacuteveis Portanto a deposiccedilatildeo da camada de AgCl estabilizaraacute o potencial do eleacutetrodo e reduziraacute os
niacuteveis de impedacircncia Eacute de salientar que impedacircncias aceitaacuteveis para os eleacutetrodos de superfiacutecie devem
encontrar-se abaixo dos 5 k uma vez que quanto maior a impedacircncia maior seraacute a resistecircncia do
eleacutetrodo agrave passagem de corrente No entanto valores de 10 k ou mesmo 40 K ainda satildeo
considerados aceitaacuteveis dependendo dos autores [34][35]
Figura 11 Esquema representativo do ensaio potenciostaacutetico para mediccedilatildeo da impedacircncia
22
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Capiacutetulo 3 Materiais e meacutetodos
Materiais e meacutetodos
31 Preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes
Na preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes dissolveu-se cloreto de soacutedio (NaCl) em aacutegua
adicionando de seguida um tensioativo (tweencopy-80) e um humectante (propilenoglicol) As
concentraccedilotildees destes componentes variaram nas 3 soluccedilotildees conforme referido na Tabela 2 Conveacutem
referir que cada componente foi dissolvido em constante e contiacutenua agitaccedilatildeo numa placa de
agitaccedilatildeo tendo-se misturado primeiro o propilenogicol com o tweencopy e soacute depois com os restantes
compostos
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas
COMPONENTE INFORMACcedilAtildeO DO COMPONENTE SOLUCcedilAtildeO
1 2 3
NaCl (mV) VWR-BDH Prolabo Lote 27810295
09 09 09
Tweencopy-80 (VV) Acofarma
Lote 130287 3 3 5
Propilenoglicol(VV) Acofarma
Lote 131337 10 30 30
Aacutegua (VV) - qbp 100 qbp 100 qbp 100
A biocompatibilidade das mateacuterias-primas empregues para a obtenccedilatildeo das soluccedilotildees torna este
novo conceito de eleacutetrodo uma alternativa promissora para utilizaccedilatildeo cliacutenica Esta biocompatibilidade
estaacute inversamente relacionada com a concentraccedilatildeo de cloretos de soacutedio ou seja quanto menor a
concentraccedilatildeo tanto maior a biocompatibilidade das soluccedilotildees Por esse motivo as soluccedilotildees
desenvolvidas contavam com pequenas concentraccedilotildees de sais de modo a ser o mais semelhante
possiacutevel aos componentes ioacutenicos da proacutepria pele humana
24
24
32 Produccedilatildeo dos novos eleacutetrodos
321 Produccedilatildeo da estrutura porosa de policarbonato
A produccedilatildeo da estrutura porosa (wicks) foi realizada atraveacutes da sinterizaccedilatildeo de poacutes de
policarbonato (PC)
No que diz respeito ao processo de fabrico propriamente
dito o primeiro passo consistiu na moagem da mateacuteria-prima
(policarbonato) de seguida estas partiacuteculas foram sinterizadas
atraveacutes de um equipamento designado por cilindro de sinterizaccedilatildeo
Este cilindro foi aquecido a uma temperatura de asymp170degC e atingida
esta gama de temperaturas colocaram-se as partiacuteculas no molde
ldquoWickrdquo com as dimensotildees apresentadas na Figura 12 que se
encontrava dentro do cilindro central Procedeu-se
imediatamente ao encaixe do pistatildeo no cilindro central Para
finalizar mergulhou-se em aacutegua fria o cilindro central contendo o
molde deixando de seguida secar agrave temperatura ambiente [36]
322 Preparaccedilatildeo dos eleacutetrodos de pratacloreto de prata
Para a deposiccedilatildeo da camada de cloreto de prata nos fios de prata recorreu-se a uma teacutecnica
de deposiccedilatildeo quiacutemica Para isso os fios de prata (Ag) (diacircmetro = 250 miacutecron 9999 Goodfellow
Cambridge) foram oxidados com uma soluccedilatildeo de cloreto de ferro (III) (MERCK Lote 7705-08-0) apoacutes
um preacute-tratamento que permitiu a remoccedilatildeo de impurezas e sujidades presentes na superfiacutecie dos fios
Este preacute-tratamento consistiu na limpeza da superfiacutecie dos fios com 2-propanol e posterior imersatildeo
dos mesmos numa tina de ultrassons com 2-propanol durante 10 minutos De seguida mergulharam-
se os fios de prata em aacutegua destilada de forma a remover todo o 2-propanol presente Finalmente
o processo de oxidaccedilatildeo consistiu em submergir os fios de prata numa soluccedilatildeo aquosa de FeCl3 50 mM
durante 2 minutos ao finalizar este periacuteodo foram armazenados durante 24h num recipiente revestido
com folha de alumiacutenio que possuiacutea uma soluccedilatildeo de HCl 01M para estabilizaccedilatildeo Os fios que natildeo foram
utilizados imediatamente foram armazenados num recipiente revestido com folha de alumiacutenio com
uma soluccedilatildeo de HCl 0005M O comprimento de cada fio de prata eacute aproximadamente de 8 cm
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato
25
25
323 Montagem dos eleacutetrodos
Apoacutes o fabrico da estrutura porosa e da preparaccedilatildeo dos
fios de prata procedeu-se agrave montagem dos eleacutetrodos para isso
cortaram-se pequenas porccedilotildees de uma esponja em poliuretano
com configuraccedilatildeo ciliacutendrica e um diacircmetro semelhante ao da
parte superior da estrutura porosa De seguida atravessou-se esta
esponja com o fio de prata e inseriu-se o conjunto ldquoesponja +
arame de pratardquo dentro de um orifiacutecio superior que a estrutura
porosa possui Finalmente incorporou-se esta estrutura dentro de
um tubo de PVC de modo a atingir a configuraccedilatildeo apresentada na
Figura 13
33 Preparaccedilatildeo dos ensaios
Antes do iniacutecio dos ensaios os eleacutetrodos foram previamente lavados com 2-propanol e
colocados na estufa de modo a evaporar os resiacuteduos do aacutelcool Posteriormente foi aplicada a soluccedilatildeo
hidratante que se pretendia estudar de modo a que a esponja ficasse completamente embebida Desta
forma por uma parte os novos eleacutetrodos em estudo foram testados recorrendo agraves soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 e por outra os eleacutetrodos que serviram como controlo (eleacutetrodo de AgAgCl
(BIO EASYCAP GmbH Alemanha)) utilizaram o gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) Foram tambeacutem utilizados eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) como referecircncia
Para os estudos eletroquiacutemicos incorporaram-se os eleacutetrodos numa montagem constituiacuteda por
um potenciostatogalvanostato Gamry G-300 (Gamry Instruments USA) De modo a diminuir o ruiacutedo
eletroacutenico os ensaios foram todos realizados dentro de uma Gaiola de Faraday Eacute importante referir
que uma vez o nosso sistema de aquisiccedilatildeo de dados era ldquoearth groundedrdquo seguiu-se a sugestatildeo da
bula do Gamry e optou-se unicamente por ligar o ldquofloating groundrdquo agrave gaiola
34 Condiccedilotildees dos ensaios
A primeira parte do trabalho foi desenvolvida laquoIn vitroraquo com eleacutetrodos multipino foi feito
entatildeo um estudo do ruido eletroquiacutemico entre eleacutetrodos do mesmo tipo nas diferentes soluccedilotildees
referidas na Tabela 2 De seguida realizou-se um estudo das impedacircncias dos novos eleacutetrodos nas
diferentes soluccedilotildees seguidos por um estudo de controlo realizado nas mesmas condiccedilotildees com o
eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente e o correspondente gel hidratante Estes ensaios foram
reproduzidos 3 vezes uma vez que em estudos anteriores jaacute se tinha verificado uma boa
reprodutibilidade dos ensaios
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios
26
26
Na segunda fase dos estudos realizou-se uma avaliaccedilatildeo do ruido da impedacircncia vs frequecircncia
laquoIn vivoraquo com as diferentes soluccedilotildees Estes ensaios foram realizados em 8 voluntaacuterios saudaacuteveis 6 do
sexo feminino e 2 do masculino Deste modo consegue-se escolher uma soluccedilatildeo para avanccedilar ao
estaacutegio seguinte que consistia na mediccedilatildeo e comparaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos obtidos tanto
com os eleacutetrodos de controlo como com os eleacutetrodos multipino porosos com a soluccedilatildeo hidratante mais
adequada Os resultados foram obtidos com a participaccedilatildeo de 2 voluntaacuterios saudaacuteveis de ambos sexos
341 Ensaios laquoIn vitroraquo
3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito
Nos ensaios de ruiacutedo eletroquiacutemico apenas foram utilizados eleacutetrodos multipino porosos
Fig14 (b) sendo um ligado ao terminal do eleacutetrodo de trabalho e o outro ao terminal do eleacutetrodo de
referecircncia A distacircncia entre os eleacutetrodos foi controlada durante o decorrer dos ensaios optando-se
por uma distacircncia de 3 cm entre os dois eleacutetrodos Foi tambeacutem realizada uma montagem de controlo
nas mesmas condiccedilotildees contudo esta era constituiacuteda por dois eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel
Electro-Cap International Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA)
Estabelecida a montagem do sistema eletroacutenico procedeu-se agrave mediccedilatildeo do ruiacutedo eleacutetrico em
circuito aberto para isso recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software ldquoESA410 Data Acquisitionrdquo da Gamry
um software projetado especificamente para a aquisiccedilatildeo e anaacutelise de sinais de ruiacutedo eletroquiacutemico
[37] Para aquisiccedilatildeo dos dados o ESA410trade associa-se ao potenciostato Gamry que faz aquisiccedilatildeo dos
dados em modo potenciostaacutetico a recolha dos dados eacute feita em circuito aberto O teste para cada
eleacutetrodo foi realizado ao longo de 12 minutos com uma taxa de amostragem constante de 1000 Hz
ao longo de todo o teste e um filtro de 10 A frequecircncia de amostragem foi escolhida tendo em conta
o Teorema de Nyquist que afirma que a frequecircncia de amostragem de um sinal analoacutegico para que
possa posteriormente ser reconstituiacutedo com o miacutenimo de perda de informaccedilatildeo deve ser igual ou maior
a duas vezes a maior frequecircncia do espectro desse sinal 119861 le119891119904
2 Por outras palavras a frequecircncia
maacutexima do sinal de entrada deveraacute ser menor ou igual a metade da taxa de amostragem [38] Para
que isto seja conseguido o sistema incorpora um filtro passa-baixo ldquoanti-aliasrdquo (deixa passar baixas
frequecircncias mas atenua as frequecircncias maiores do que a frequecircncia de Nyquist) [39]
3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito
Na montagem eletroacutenica dos ensaios de impedacircncia o contra eleacutetrodo era representado por
um eleacutetrodo comercial de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) o eleacutetrodo de trabalho um
eleacutetrodo poroso multipino (cada ensaio com as suas diferentes soluccedilotildees) e o eleacutetrodo de referecircncia
um eleacutetrodo de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) Fig14 (a) Optou-se tambeacutem pela
27
27
implementaccedilatildeo de um controlo com eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap International
Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap International Inc USA)
A obtenccedilatildeo dos dados eacute feita atraveacutes da teacutecnica de espectroscopia de impedacircncia
eletroquiacutemica em modo potenciostaacuteticordquo presente no software EIS300TM da Gamry neste modo de
funcionamento eacute aquirido um espectro de impedacircncia ao longo do intervalo de frequecircncias de 10 kHz
ateacute 01 Hz com uma tensatildeo AC aplicada (5 mV RMS) da tensatildeo de desvio DC (0 V vs circuito aberto)
e representados 3 pontos por deacutecada
(a) (b)
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo
342 Ensaios laquoIn vivoraquo
3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele
De modo a mensurar o ruiacutedo
causado pela interface entre o eletroacutelito e
a pele procedeu-se agrave montagem de um
sistema semelhante ao utilizado nos
ensaios do ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito dentro
de uma gaiola de Faraday contudo estes
ensaios foram realizados laquoIn vivoraquo
procedendo-se agrave colocaccedilatildeo dos dois
eleacutetrodos na zona anterior da tiacutebia com
um espaccedilo entre eles de 3 cm (Figura 15)
apoacutes a superfiacutecie da pele ter sido limpa
com etanol a 70
A montagem contava com um sistema de seguranccedila inserido em seacuterie no sistema de mediccedilatildeo
e que corta a corrente se esta for superior a 100 microA
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
28
28
A mediccedilatildeo do ruido foi feita tendo em conta o tipo de eleacutetrodo tendo-se para isso optado por
fazer as mediccedilotildees com eleacutetrodos do mesmo tipo ou seja num primeiro ensaio mensurou-se o ruido
entre 2 eleacutetrodos de pratacloreto de prata com o respetivo gel hidratante e numa segunda
abordagem optou-se por mensurar o ruido entre dois dos eleacutetrodos porosos com as diferentes soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 Contudo foi controlada a pressatildeo da banda que fixava os eleacutetrodos porosos
agrave tiacutebia sendo estipulado o valor da pressatildeo no intervalo de 15N a 2N
Neste ensaio o primeiro eleacutetrodo encontra-se ligado aos terminais dos eleacutetrodos de trabalho
o segundo ao terminal da referecircncia e o cabo do ground foi ligado agrave gaiola
Os paracircmetros dos ensaios foram os mesmos que os utilizados para a mediccedilatildeo do ruido
eleacutetrodo-eletroacutelito apresentados na secccedilatildeo 3411 contudo o tempo de aquisiccedilatildeo de sinal foi
reduzido a 5 minutos de modo a minorar o tempo de exposiccedilatildeo dos voluntaacuterios aos exames
3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele
laquoIn vivoraquo estes ensaios foram feitos logo
apoacutes a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico portanto a
superfiacutecie da pele se encontrava limpa e a
colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos obedecia agrave regra dos 3 cm
de distacircncia entre eleacutetrodos e 15-2N de pressatildeo
Para a mediccedilatildeo da impedacircncia eacute utilizada uma
configuraccedilatildeo diferente como referido no capitulo
33 Satildeo portanto utilizados 2 eleacutetrodos
comerciais de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH
Alemanha) um como referecircncia e outro como
contra eleacutetrodo e o eleacutetrodo em estudo
propiamente dito seja este o comercial (controlo)
ou o novo eleacutetrodo (Figura 16)
Os resultados obtidos para as diferentes
frequecircncias aleacutem de poderem ser representados
pelo diagrama de Nyquist como referido anteriormente podem tambeacutem ser representados num
Diagrama de Bode Neste diagrama a distribuiccedilatildeo dos valores de impedacircncia por vaacuterias ordens de
grandeza eacute representada em coordenadas polares (magnitude log|119885| em funccedilatildeo de log120596 )
3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos primariamente limpou-se a superfiacutecie do
escalpe com aacutelcool a 70 de modo a minimizar a camada gordurosa da pele De seguida procedeu-se
agrave colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos Foram colocados dois eleacutetrodos de AgAgCl (comerciais) um de forma a
servir como controlo (posiccedilatildeo O2) e outro em curto-circuito com o ground e a referecircncia (posiccedilatildeo
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino
durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia
29
29
Fp2) O eleacutetrodo poroso em estudo colocou-se a cerca de 3 cm do eleacutetrodo de AgAgCl posiccedilatildeo O2
de modo a captar o mesmo sinal que o obtido pelo eleacutetrodo de controlo (Figura 17)
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos
35 Implementaccedilatildeo em Matlab
Apoacutes a importaccedilatildeo do ficheiro obtido nos ensaios de ruiacutedo para o Matlab foi criado um filtro
Butterworth de ordem 20 de 05 ateacute 40 Hz atraveacutes da funccedilatildeo jaacute implementada pelo Matlab
ldquofdesignbandpassrdquo De seguida eacute aplicado o filtro duas vezes A primeira desde o primeiro ponto ateacute
o uacuteltimo e o segundo na ordem inversa Deste modo consegue-se natildeo soacute uma filtragem dupla mas
tambeacutem o cancelamento da fase dos filtros Assim efetivamente o filtro utilizado eacute de ordem 40 de
fase nula
De seguida eacute dividido o ensaio em segmentos de 30 segundos rejeitando os primeiros 10
segundos do ensaio Para cada segmento natildeo sobreposto eacute calculado o valor RMS da tensatildeo a
densidade espectral de potecircncia atraveacutes da estimaccedilatildeo pwelch do Matlab e o declive meacutedio (primeira
derivada do sinal) Contudo no final eacute calculada tambeacutem a densidade espectral de potecircncia global
que eacute expressa em dB
30
30
31
31
Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos
Resultados obtidos e discussatildeo
41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo
411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos
eleacutetrodos
Neste estudo eacute de extrema relevacircncia a eleiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante a utilizar Para isso
recorreu-se agrave realizaccedilatildeo de vaacuterios ensaios que possibilitassem uma avaliaccedilatildeo objetiva da resposta do
sistema Efetuou-se entatildeo primeiro uma anaacutelise do ruiacutedo ao longo de 12 minutos com os eleacutetrodos
multipino nas diferentes soluccedilotildees (um medido contra o outro) e a respetiva referecircncia de seguida
realizou-se um ensaio para mensurar a resistecircncia agrave passagem de corrente com os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees e a respetiva referecircncia
Assim sendo a Figura 18 revela a impedacircncia dos eleacutetrodos nas diferentes soluccedilotildees testadas
Nesta pode-se observar que a soluccedilatildeo 1 apresenta niacuteveis de impedacircncia ligeiramente mais baixos que
as restantes soluccedilotildees Contudo os seus niacuteveis encontram-se uma deacutecada acima dos valores obtidos
pelo eleacutetrodo e AgAgCl utilizado comercialmente com o respetivo gel hidratante Observa-se ainda
que os desvios padratildeo satildeo tatildeo baixos que quase natildeo satildeo percetiacuteveis o que significa que os ensaios satildeo
bastante reprodutiacuteveis Eacute tambeacutem importante notar que ao longo de todas as frequecircncias testadas
os valores de impedacircncia aleacutem de se encontrarem todos abaixo dos valores maacuteximos permitidos (20-
40 k) [35] encontram-se ainda abaixo dos 5 k referidos como valores de impedacircncia ideal por vaacuterios
fornecedores [40][41] o que eacute de extrema relevacircncia nos passos subsequentes de aquisiccedilatildeo do sinal
uma vez que eacute indispensaacutevel ter baixos niacuteveis de impedacircncia para conseguir captar ondas cerebrais
32
32
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Foram ainda feitas mediccedilotildees de ruiacutedo nas mesmas condiccedilotildees Realizando-se de seguida uma
anaacutelise no domiacutenio temporal e outra no domiacutenio das frequecircncias Para isso como foi referido no
capitulo 35 recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software Matlab A primeira anaacutelise eacute feita no domiacutenio
temporal (Figura 19 (a)) sob a forma de um graacutefico da tensatildeo meacutedia (RMS) em funccedilatildeo do tempo que
eacute obtida apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa-alto de modo a retirar a componente DC do sinal e assim
obter um sinal de ruiacutedo para altas frequecircncias que seraacute representado em periacuteodos de 30 segundos
Deste modo eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees da quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo de
estabilizaccedilatildeo do eleacutetrodo O que se observa eacute que os niacuteveis de ruiacutedo ao longo do tempo variam entre
185 microV ateacute 2 microV o que equivale a uma variaccedilatildeo maacutexima de 015 microV tanto para os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees como para o eleacutetrodo de AgAgCl no respetivo gel hidratante Observa-se
ainda que aleacutem das pequenas variaccedilotildees ao longo do tempo o desvio padratildeo para todas as soluccedilotildees eacute
muito semelhante sugerindo que natildeo haacute diferenccedilas significativas a niacutevel das soluccedilotildees implementadas
Eacute ainda de salientar que natildeo se observa nenhuma evoluccedilatildeo de ruiacutedo ao longo do tempo o que sugere
uma estabilizaccedilatildeo do sistema muito raacutepida A segunda anaacutelise no domiacutenio temporal corresponde ao
declive meacutedio (Figura 19 (b)) foi realizada recorrendo agrave primeira derivada do sinal em DC obtido a
cada 30 segundos Deste graacutefico eacute possiacutevel retirar informaccedilatildeo referente agrave deriva do potencial e ao
tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema Assim recorrendo agrave sua visualizaccedilatildeo observa-se que a
estabilizaccedilatildeo eacute feita de forma semelhante para todas as soluccedilotildees Contudo a soluccedilatildeo 3 apresenta
menos variaccedilotildees ao longo do tempo valores mais proacuteximos de zero e maior reprodutibilidade entre
ensaios Finalmente o teste de controlo efetuado com os eleacutetrodos comerciais de AgAgCl no gel
aparentam ser ligeiramente menos estaacuteveis contudo os valores se encontram na mesma gama de
tensotildees
33
33
Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Para concluir realizou-se uma anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias para isso recorreu-se ao
graacutefico da densidade espectral de tensatildeo (Figura 20) Nele observa-se que os resultados do ruiacutedo do
sinal aumentam com a diminuiccedilatildeo das frequecircncias numa proporccedilatildeo 119903119906iacute119889119900 ~ 1 119891119903119890119902119906ecirc119899119888119894119886frasl
confirmando os estudos feitos por E Huigen em 2002 [20] No entanto estes tendem a estabilizar a
partir dos 10 Hz em valores proacuteximos dos -238 dB Eacute de referir que a para frequecircncias elevadas o
sinal de ruiacutedo eacute determinado pelo ruiacutedo do amplificador e natildeo pelo ruiacutedo da interface metal-eletroacutelito
uma vez que este eacute significativamente menor do que o ruiacutedo do amplificador impedindo assim a sua
mediccedilatildeo mesmo com equipamentos de baixo ruiacutedo [20]
34
34
Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
35
35
a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
36
36
Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
37
37
Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
38
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Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
39
39
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
40
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
41
41
Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
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42
Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
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43
Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
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Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
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Anexos
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O hidrogel eacute eletricamente mais resistivo do que o gel no entanto esta desvantagem eacute
compensada tanto pela utilizaccedilatildeo de maiores aacutereas com hidrogel como tambeacutem pela diminuiccedilatildeo da
espessura da camada do mesmo Contudo isto natildeo eacute suficiente uma vez que o hidrogel natildeo eacute tatildeo
eficaz na hidrataccedilatildeo da pele (tem tendecircncia a absorver humidade) dando assim como resultado um
aumento na impedacircncia da pele [14]
24 Teacutecnicas de revestimento da prata com cloreto de prata
Finas camadas de um determinado metal depositado sobre um substrato desemprenham
muitas vezes uma funccedilatildeo essencial em muitos dispositivos como por exemplo nos circuitos integrados
No caso dos eleacutetrodos eacute necessaacuterio revestir os fios de prata com finas camadas de cloreto de prata
com o intuito de auxiliar a concretizaccedilatildeo das trocas ioacutenicas referidas no capiacutetulo 1 equaccedilatildeo (1) de
modo a ter-se uma transduccedilatildeo do sinal ioacutenico num sinal eleacutetrico de forma eficaz e reversiacutevel Estas
camadas devem apresentar caracteriacutesticas rigorosamente controladas A espessura a estrutura
atoacutemica e a composiccedilatildeo quiacutemica devem ser uniformes [14][18] Eacute tambeacutem importante que exista
pouca ou nenhuma contaminaccedilatildeo por outras partiacuteculas
As propriedades dos filmes satildeo altamente dependentes dos processos de deposiccedilatildeo Estes
devem ter boa aderecircncia e prover uma boa cobertura Deste modo para a preparaccedilatildeo da prata para
eleacutetrodos a teacutecnica a utilizar deve ser a deposiccedilatildeo eletroquiacutemica atraveacutes de um processo que envolve
a deposiccedilatildeo de um material soacutelido por meio de uma reaccedilatildeo quiacutemica com ou sem recurso a energia
externa Neste caso os substratos de prata satildeo submersos numa soluccedilatildeo contendo um agente oxidante
(por exemplo cloreto feacuterrico) produzindo assim uma fina camada de cloreto de prata ( ( 4)
Ag + + FCl3 FeCl2 + Ag ( 4 )
Em geral a deposiccedilatildeo por electroless plating de um metal envolve a deposiccedilatildeo de um
revestimento metaacutelico a partir dos seus iotildees presentes num banho aquoso sobre uma superfiacutecie atraveacutes
de uma reaccedilatildeo de reduccedilatildeo quiacutemica controlada que eacute ativada pelo metal que estaacute a ser depositado
(reduzido) [23] Os revestimentos obtidos atraveacutes da implementaccedilatildeo desta teacutecnica satildeo geralmente
uniformes duros com elevadas resistecircncias agrave corrosatildeo e ao desgaste e apresentam baixo coeficiente
de fricccedilatildeo [24][25]
Existe contudo uma enorme variedade de meacutetodos eletroquiacutemicos que permitem a
oxidaccedilatildeodeposiccedilatildeo de finas camadas de cloreto de prata tais como a deposiccedilatildeo assistida por plasma
ou por feixes de iotildees o sputtering a deposiccedilatildeo quiacutemica e a deposiccedilatildeo fiacutesica em fase de vapor etc
[25] Todavia a execuccedilatildeo destes processos envolve a utilizaccedilatildeo de equipamentos altamente
especializados em ambiente de vaacutecuo vaacuterias soluccedilotildees e um campo eleacutetrico de modo a possibilitar a
transformaccedilatildeo de energia quiacutemica em energia eleacutetrica e vice-versa Finalmente um meacutetodo tambeacutem
bastante usado eacute a sinterizaccedilatildeo de poacute de cloreto de prata sobre o substrato metaacutelico dando origem
a um revestimento espesso e poroso
15
15
25 Novo conceito de eleacutetrodo
O desenvolvimento do novo tipo de bioeleacutetrodo busca
colmatar as lacunas presentes nos eleacutetrodos disponiacuteveis
comercialmente (dos tipos huacutemido e seco) Tentando manter as
melhores carateriacutesticas de cada tipo de eleacutetrodo Para isso eacute
necessaacuterio desenvolver o eleacutetrodo com materiais condutores que
possibilitem as trocas ioacutenicas e aleacutem disso tenha a capacidade
de manter huacutemido o ponto de contacto com a pele de forma a
diminuir a impedacircncia na interface mas sem usar pastas ou gel
que sujam a pele
A hidrataccedilatildeo da pele por via externa nos ensaios a
realizar eacute feita atraveacutes da aplicaccedilatildeo de diferentes soluccedilotildees
hidratantes que se encontram embebidas numa esponja num
reservatoacuterio existente no eleacutetrodo (Figura 8) Estas soluccedilotildees tecircm a capacidade de migrar atraveacutes do
eleacutetrodo atraveacutes do efeito de capilaridade e gravidade uma vez que a base do eleacutetrodo eacute feita de
policarbonato com porosidade aberta adequada ao fenoacutemeno da capilaridade
O desenvolvimento deste bioeleacutetrodo inovador possibilita tambeacutem uma colocaccedilatildeo raacutepida
coacutemoda e segura Uma vez que estes passam a ser colocados com uma touca
Finalmente eacute tambeacutem importante referir que a forma do eleacutetrodo em multipino permitiraacute
numerosos pontos de contacto de modo a minimizar a impedacircncia do mesmo contribuindo para a
obtenccedilatildeo de melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
26 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
O ruiacutedo eacute um sinal interferente de natureza aleatoacuteria que provoca a degradaccedilatildeo de sinal
durante o seu processamento Em eletroacutenica diz respeito a quaisquer correntes ou tensotildees indesejadas
que mascaram o sinal que realmente interessa
Nos dispositivos e circuitos eletroacutenicos existem inuacutemeras fontes de ruiacutedo dai a importacircncia
na sua caraterizaccedilatildeo
Um tipo importante de ruiacutedo eacute o ruiacutedo de Johnson-Nyquist presente nos portadores de carga
e em todos os elementos com resistecircncia eleacutetrica Este tipo de ruiacutedo eacute caraterizado por uma densidade
espectral de potecircncia (do inglecircs power spectral density - PSD) uniforme e forma de onda gaussiana
[26]
O ruiacutedo de Johnson-Nyquist eacute comumente chamado ruiacutedo teacutermico e a sua tensatildeo eficaz pode
ser calculado atraveacutes da ( 5 para uma resistecircncia eleacutetrica R
Vt= radic4∙k∙T∙B∙R=radic16times1020
∙B∙R ( 5 )
Figura 8 Eleacutetrodo de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios A representa o fio de prata B a soluccedilatildeo condutora C a esponja do reservatoacuterio e D material de policarbonato de natureza porosa onde se estabelece o contacto com a pele
16
16
onde k representa a constante de Boltzmann em JK T a temperatura da resistecircncia em K B
a banda equivalente de ruiacutedo e R o valor da resistecircncia em Ohm
Para o caacutelculo da banda equivalente de ruiacutedo considera-se que o sistema tem uma funccedilatildeo de
transferecircncia do tipo 1198810
119881119894frasl = 119860(119895119891) e estaacute sujeito a uma entrada de ruiacutedo de PSD 119878119881119894
Deste modo
obtemos que o valor meacutedio da tensatildeo de ruiacutedo na saiacuteda para um amplificador seraacute
1198811198990
2 = int 119878119881119894 |A(jf)|2 partfinfin
0
( 6 )
Sendo |119860(119895119891)| usualmente uma funccedilatildeo do tipo
Figura 9 Funccedilatildeo de um filtro passa-baixos |119912(119947119943)|
Uma vez que as regiotildees sombreadas satildeo iguais pode-se simplificar o caacutelculo atraveacutes da aacuterea
de um retacircngulo com a mesma aacuterea que o quadrado da funccedilatildeo de transferecircncia Temos entatildeo que a
banda equivalente eacute dada por
B=1
|A0|2int |A(jf)|2 partf
infin
0
( 7 )
Outro tipo de ruiacutedo presente nos equipamentos eletroacutenicos que eacute interessante estudar eacute o
ruiacutedo ldquoshotrdquo ou ruiacutedo de corrente (Ish) que como o nome indica estaacute associado agrave corrente DC que
flui atraveacutes de uma barreira de potencial e pode ser representado por
Ish= radic2∙q∙IDc∙B ( 8 )
Onde q representa a carga eletroacutenica em coulomb e IDC a corrente contiacutenua meacutedia em ampere
Finalmente outro tipo de ruiacutedo a estudar seraacute o ruiacutedo 1f ldquoflickerrdquo ou ruiacutedo de contacto (If)
que ocorre devido agraves diferenccedilas nos niacuteveis de energia eleacutetricos quando existe um contato imperfeito
entre dois materiais Este tipo de ruiacutedo pode ser calculado atraveacutes de
119868119891 = 119870 ∙ 119868119863119888 ∙ radic119861
radic119891 ( 9 )
Onde K eacute um valor constante que depende do material e da geometria
A baixas frequecircncias este ruiacutedo eacute chamado de ruiacutedo ldquo1frdquo devido agrave tendecircncia caracteriacutestica
de decrescimento com a frequecircncia Eacute importante notar que a magnitude do ruido ldquoflickerrdquo pode ser
17
17
muito grande para pequenas frequecircncias o que leva a que seja a forma de ruiacutedo predominante em
circuitos de baixa frequecircncia
Considerando o ruiacutedo total como adiccedilatildeo das contribuiccedilotildees dos vaacuterios tipos de ruiacutedo na
configuraccedilatildeo eleacutetrica adotada para um amplificador pode-se considerar que o ruiacutedo na entrada segue
a representaccedilatildeo da Figura 10 da qual eacute possiacutevel retirar que
1198681198992 =
1198811198991199052 minus 119881119899
2 minus 1198811199052
1198771199042 ( 10 )
Na praacutetica In pode ser calculado atraveacutes da PSD do ruiacutedo total obtido com uma resistecircncia
elevada de modo a que 1198811198990≫ 119860radic119881119899
2 ∙ 1198811199052 e que Vn eacute a PSD do sistema com a entrada em curto circuito
Figura 10 Circuito representativo dos componentes do ruiacutedo do amplificador na entrada segundo o modelo Vn-In
No corpo humano a captaccedilatildeo dos biopotenciais no escalpe estaacute sujeita agrave presenccedila de ruiacutedo
eleacutetrico intriacutenseco indesejado na interface eleacutetrodogelpele que faz com que o processo de deteccedilatildeo
e anaacutelise dos sinais bioloacutegicos reais seja mais complicado Eacute necessaacuterio por isso caracterizar e
conhecer a magnitude e origem destas flutuaccedilotildees de modo a caraterizar a qualidade dos eleacutetrodos
desenvolvidos
O ruiacutedo eleacutetrodo-pele pode estar ligado agrave interface entre o eleacutetrodo e o eletroacutelito ou entatildeo
agrave interface eletroacutelito-pele No primeiro caso esta situaccedilatildeo pode ser mensurada atraveacutes da colocaccedilatildeo
de eleacutetrodos do mesmo tipo um contra o outro Por outro lado o ruiacutedo produzido pela interface
eletroacutelito-pele deve ser mensurado de uma forma indireta atraveacutes do contacto direto entre o eleacutetrodo
e a pele Nesta situaccedilatildeo o ruiacutedo eacute tipicamente mais elevado do que o que se obteacutem na interface
eleacutetrodo-eletroacutelito [3] Uma vez que os resultados obtidos nestes ensaios dependem diretamente do
estado da pele eacute importante garantir um tratamento preacutevio adequado
18
18
261 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio do tempo RMS e Deriva do potencial
A raiz do valor quadraacutetico meacutedio RMS (do inglecircs root mean square) ou valor eficaz eacute uma
medida estatiacutestica da magnitude de uma quantidade variaacutevel que pode ser calculada atraveacutes da
expressatildeo
120600119877119872119878 = radic1
119873 sum120600119894
2
119873
119894=1
= radic1206001
2 + 12060022 + ⋯+ 120600119873
2
119873 ( 11 )
Nos sinais a estudar satildeo calculados os valores RMS da parte alternada do sinal em intervalos
de tempo sucessivos Destes valores eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees acerca da evoluccedilatildeo temporal do
sinal assim como a quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo
Por outro lado a deriva do potencial eacute calculada recorrendo agrave primeira derivada do sinal nos
diferentes pontos pela componente contiacutenua do sinal sendo portanto de natureza lenta Eacute possiacutevel
por isso analisar a deriva do potencial e o tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema atraveacutes do recurso desde
caacutelculo
262 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio das frequecircncias Densidade espectral
A densidade espectral de potecircncia PSD eacute definida pela transformada de Fourier da funccedilatildeo
de autocorrelaccedilatildeo (Rxx (120591)) de um processo estacionaacuterio ou seja
Teorema de Wiener-Khintchine 119878119909(119891) = F[Rxx(120591)]= int Rxx(120591)119890minus 1198952120587119891120591119889120591infin
minusinfin
( 12 )
Por outras palavras a PSD descreve a distribuiccedilatildeo da variacircncia de um processo aleatoacuterio no
domiacutenio da frequecircncia [27][28]
No Matlab esta estimaccedilatildeo eacute feita atraveacutes da funccedilatildeo pwelch jaacute implementada esta segue o
meacutetodo Welch para o caacutelculo da PSD Este meacutetodo eacute baseado no conceito de utilizaccedilatildeo de
periodogramas de estimaccedilatildeo espectral que satildeo o resultado da conversatildeo de um sinal no domiacutenio
temporal para o domiacutenio da frequecircncia [29] Para isso o meacutetodo Welch segue o fundamento do
meacutetodo Bartlett contudo permite a sobreposiccedilatildeo de segmentos [30]
O meacutetodo Bartlett consiste primeiramente na divisatildeo do segmento original de N amostras em
K segmentos de comprimento M Para cada segmento eacute obtido o periodograma calculado atraveacutes da
transformada discreta de Fourier de seguida eacute calculado o quadrado do resultado e dividido por M
Finalmente eacute feita a meacutedia do resultado dos periodogramas para todos os segmentos de K amostras
resultando num uacutenico vetor de potenciais em funccedilatildeo da frequecircncia Ou seja a reparticcedilatildeo da potecircncia
ao longo do espetro [28]
19
19
27 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo da impedacircncia
Um sistema eletroquiacutemico eacute aquele onde haacute a presenccedila de pelo menos uma fase condutora
eletroacutenica (eleacutetrodo) em contato direto com uma fase condutora ioacutenica (eletroacutelito) as quais originam
a interface eleacutetrodo-eletroacutelito onde se forma duma dupla camada eleacutetrica
A mediccedilatildeo da impedacircncia eletroquiacutemica em modo potenciostaacutetico eacute feita atraveacutes da
aplicaccedilatildeo de um sinal de potencial eleacutetrico sinusoidal 119881(119905) com cerca de 5 a 20 mV numa ceacutelula
eletroquiacutemica Satildeo medidas a resposta na forma de corrente eleacutetrica 119868(119905) e diferenccedila de fase entre
o sinal de potencial e o sinal da corrente [31] Ao medir a corrente alternada que atravessa a ceacutelula
eletroquiacutemica obtemos a impedacircncia Z da forma convencional 119885 = 119881119868 [32] Refira-se que a obtenccedilatildeo
da impedacircncia pode igualmente ser feita impondo uma perturbaccedilatildeo de corrente e medindo o
potencial A impedacircncia do eleacutetrodo reflete entatildeo a capacidade do eleacutetrodo para transferir carga a
determinada frequecircncia [32][33]
Deste modo tem-se se os valores da tensatildeo alternada V(t) e da intensidade I(t) forem
representados por
V(t)=V0∙ cos ωt
( 13 )
I(t)=I0∙ cos (ωt+φ) ( 14 )
No qual V0 representa a amplitude de pico do sinal 120596 a frequecircncia angular (120596 = 2120587119891) I0 a
amplitude do sinal de corrente e 120593 a diferenccedila de fase entre os dois sinais
Pela equaccedilatildeo de Euler
eiφ= cos φ +j sin φ ( 15 )
temos entatildeo que se φ=120596119905
V(t)= V0∙Re(ejωt) ( 16 )
representando essa tensatildeo alternada como uma parte real de uma grandeza complexa
temos que V(t) eacute equivalente a
V(t)=V0∙Re(119888119900119904120596119905 + 119895 ∙ 119904119894119899 120596119905) ( 17 )
Por outro lado atendendo agrave Equaccedilatildeo de Euler acima descrita a corrente eleacutetrica gerada
por um elemento de circuito em resposta a uma tensatildeo alternada pode ser escrita como
I(t)=I0∙Re(119890(120596119905+120593))
( 18 )
Deste modo a impedacircncia fica
Z(ω)=Z0∙ejφ
( 19 )
e aplicando a equaccedilatildeo de Euler
Z(ω)=Z ( cos φ + j sin φ ) ( 20 )
20
20
Obtemos uma equaccedilatildeo composta de uma parte real e uma parte imaginaacuteria possibilitando
assim a sua representaccedilatildeo num plano cartesiano onde a parte real corresponderaacute ao eixo das abcissas
e a parte imaginaria ao eixo das ordenadas (Diagrama de Nyquist)
Pode-se tambeacutem representar a impedacircncia como um vetor no plano complexo
Z (ω)=Re[Z(ω)]i +Im[Z(ω)]j ( 21 )
E se Z0 for o moacutedulo da impedacircncia a parte real de 119885(120596) escreve-se
Z=Z0∙ cos φ
( 22 )
sendo a parte imaginaacuteria representada por
Z=Z0∙ sin φ
( 23 )
que segundo a representaccedilatildeo de Fresnel corresponde a
Z(ω)=Z+ j Z
( 24 )
ou seja
1198850=|Z(ω)|=radicZ2+ Z
2 ( 25 )
e
tan φ = Z
Zfrasl ( 26 )
Os diagramas de Nyquist satildeo uacuteteis para reconhecer o tipo de processo envolvido Os diagramas
de Bode por outro lado mostram a dependecircncia direta do acircngulo de fase com a frequecircncia Este
uacuteltimo eacute particularmente interessante em escalas de frequecircncia muito diferentes uma vez que eacute
frequentemente representado atraveacutes da escala logariacutetmica portanto os resultados nos capiacutetulos
subsequentes seratildeo apresentados neste formato
21
21
A teacutecnica de Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica (do inglecircs Electrochemical
Impedance Spectroscopy - EIS) fornece uma visatildeo completa e detalhada das caracteriacutesticas eleacutetricas
da interface eleacutetrodo-eletroacutelito quando efetuada
numa gama suficientemente largada de frequecircncias
Na Figura 11 estaacute representado um esquema da
montagem experimental para mediccedilatildeo da
impedacircncia As reaccedilotildees eletroquiacutemicas satildeo em
essecircncia reaccedilotildees quiacutemicas em que ocorrem
transferecircncia de eletrotildees para um eleacutetrodo e como
regra ocorrem de acordo com princiacutepios quiacutemicos
gerais Haacute contudo certas caracteriacutesticas das
reaccedilotildees eletroquiacutemicas que satildeo uacutenicas Algumas
delas envolvem a transferecircncia de eletrotildees atraveacutes
de uma interface (reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo) o
que acarreta uma dependecircncia com as dimensotildees e
aacuterea do eleacutetrodo assim como tambeacutem das
propriedades da interface com o eleacutetrodo
Eacute habitual que os eleacutetrodos de AgAgCl apresentem potenciais relativamente baixos e
estaacuteveis Portanto a deposiccedilatildeo da camada de AgCl estabilizaraacute o potencial do eleacutetrodo e reduziraacute os
niacuteveis de impedacircncia Eacute de salientar que impedacircncias aceitaacuteveis para os eleacutetrodos de superfiacutecie devem
encontrar-se abaixo dos 5 k uma vez que quanto maior a impedacircncia maior seraacute a resistecircncia do
eleacutetrodo agrave passagem de corrente No entanto valores de 10 k ou mesmo 40 K ainda satildeo
considerados aceitaacuteveis dependendo dos autores [34][35]
Figura 11 Esquema representativo do ensaio potenciostaacutetico para mediccedilatildeo da impedacircncia
22
22
23
23
Capiacutetulo 3 Materiais e meacutetodos
Materiais e meacutetodos
31 Preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes
Na preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes dissolveu-se cloreto de soacutedio (NaCl) em aacutegua
adicionando de seguida um tensioativo (tweencopy-80) e um humectante (propilenoglicol) As
concentraccedilotildees destes componentes variaram nas 3 soluccedilotildees conforme referido na Tabela 2 Conveacutem
referir que cada componente foi dissolvido em constante e contiacutenua agitaccedilatildeo numa placa de
agitaccedilatildeo tendo-se misturado primeiro o propilenogicol com o tweencopy e soacute depois com os restantes
compostos
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas
COMPONENTE INFORMACcedilAtildeO DO COMPONENTE SOLUCcedilAtildeO
1 2 3
NaCl (mV) VWR-BDH Prolabo Lote 27810295
09 09 09
Tweencopy-80 (VV) Acofarma
Lote 130287 3 3 5
Propilenoglicol(VV) Acofarma
Lote 131337 10 30 30
Aacutegua (VV) - qbp 100 qbp 100 qbp 100
A biocompatibilidade das mateacuterias-primas empregues para a obtenccedilatildeo das soluccedilotildees torna este
novo conceito de eleacutetrodo uma alternativa promissora para utilizaccedilatildeo cliacutenica Esta biocompatibilidade
estaacute inversamente relacionada com a concentraccedilatildeo de cloretos de soacutedio ou seja quanto menor a
concentraccedilatildeo tanto maior a biocompatibilidade das soluccedilotildees Por esse motivo as soluccedilotildees
desenvolvidas contavam com pequenas concentraccedilotildees de sais de modo a ser o mais semelhante
possiacutevel aos componentes ioacutenicos da proacutepria pele humana
24
24
32 Produccedilatildeo dos novos eleacutetrodos
321 Produccedilatildeo da estrutura porosa de policarbonato
A produccedilatildeo da estrutura porosa (wicks) foi realizada atraveacutes da sinterizaccedilatildeo de poacutes de
policarbonato (PC)
No que diz respeito ao processo de fabrico propriamente
dito o primeiro passo consistiu na moagem da mateacuteria-prima
(policarbonato) de seguida estas partiacuteculas foram sinterizadas
atraveacutes de um equipamento designado por cilindro de sinterizaccedilatildeo
Este cilindro foi aquecido a uma temperatura de asymp170degC e atingida
esta gama de temperaturas colocaram-se as partiacuteculas no molde
ldquoWickrdquo com as dimensotildees apresentadas na Figura 12 que se
encontrava dentro do cilindro central Procedeu-se
imediatamente ao encaixe do pistatildeo no cilindro central Para
finalizar mergulhou-se em aacutegua fria o cilindro central contendo o
molde deixando de seguida secar agrave temperatura ambiente [36]
322 Preparaccedilatildeo dos eleacutetrodos de pratacloreto de prata
Para a deposiccedilatildeo da camada de cloreto de prata nos fios de prata recorreu-se a uma teacutecnica
de deposiccedilatildeo quiacutemica Para isso os fios de prata (Ag) (diacircmetro = 250 miacutecron 9999 Goodfellow
Cambridge) foram oxidados com uma soluccedilatildeo de cloreto de ferro (III) (MERCK Lote 7705-08-0) apoacutes
um preacute-tratamento que permitiu a remoccedilatildeo de impurezas e sujidades presentes na superfiacutecie dos fios
Este preacute-tratamento consistiu na limpeza da superfiacutecie dos fios com 2-propanol e posterior imersatildeo
dos mesmos numa tina de ultrassons com 2-propanol durante 10 minutos De seguida mergulharam-
se os fios de prata em aacutegua destilada de forma a remover todo o 2-propanol presente Finalmente
o processo de oxidaccedilatildeo consistiu em submergir os fios de prata numa soluccedilatildeo aquosa de FeCl3 50 mM
durante 2 minutos ao finalizar este periacuteodo foram armazenados durante 24h num recipiente revestido
com folha de alumiacutenio que possuiacutea uma soluccedilatildeo de HCl 01M para estabilizaccedilatildeo Os fios que natildeo foram
utilizados imediatamente foram armazenados num recipiente revestido com folha de alumiacutenio com
uma soluccedilatildeo de HCl 0005M O comprimento de cada fio de prata eacute aproximadamente de 8 cm
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato
25
25
323 Montagem dos eleacutetrodos
Apoacutes o fabrico da estrutura porosa e da preparaccedilatildeo dos
fios de prata procedeu-se agrave montagem dos eleacutetrodos para isso
cortaram-se pequenas porccedilotildees de uma esponja em poliuretano
com configuraccedilatildeo ciliacutendrica e um diacircmetro semelhante ao da
parte superior da estrutura porosa De seguida atravessou-se esta
esponja com o fio de prata e inseriu-se o conjunto ldquoesponja +
arame de pratardquo dentro de um orifiacutecio superior que a estrutura
porosa possui Finalmente incorporou-se esta estrutura dentro de
um tubo de PVC de modo a atingir a configuraccedilatildeo apresentada na
Figura 13
33 Preparaccedilatildeo dos ensaios
Antes do iniacutecio dos ensaios os eleacutetrodos foram previamente lavados com 2-propanol e
colocados na estufa de modo a evaporar os resiacuteduos do aacutelcool Posteriormente foi aplicada a soluccedilatildeo
hidratante que se pretendia estudar de modo a que a esponja ficasse completamente embebida Desta
forma por uma parte os novos eleacutetrodos em estudo foram testados recorrendo agraves soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 e por outra os eleacutetrodos que serviram como controlo (eleacutetrodo de AgAgCl
(BIO EASYCAP GmbH Alemanha)) utilizaram o gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) Foram tambeacutem utilizados eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) como referecircncia
Para os estudos eletroquiacutemicos incorporaram-se os eleacutetrodos numa montagem constituiacuteda por
um potenciostatogalvanostato Gamry G-300 (Gamry Instruments USA) De modo a diminuir o ruiacutedo
eletroacutenico os ensaios foram todos realizados dentro de uma Gaiola de Faraday Eacute importante referir
que uma vez o nosso sistema de aquisiccedilatildeo de dados era ldquoearth groundedrdquo seguiu-se a sugestatildeo da
bula do Gamry e optou-se unicamente por ligar o ldquofloating groundrdquo agrave gaiola
34 Condiccedilotildees dos ensaios
A primeira parte do trabalho foi desenvolvida laquoIn vitroraquo com eleacutetrodos multipino foi feito
entatildeo um estudo do ruido eletroquiacutemico entre eleacutetrodos do mesmo tipo nas diferentes soluccedilotildees
referidas na Tabela 2 De seguida realizou-se um estudo das impedacircncias dos novos eleacutetrodos nas
diferentes soluccedilotildees seguidos por um estudo de controlo realizado nas mesmas condiccedilotildees com o
eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente e o correspondente gel hidratante Estes ensaios foram
reproduzidos 3 vezes uma vez que em estudos anteriores jaacute se tinha verificado uma boa
reprodutibilidade dos ensaios
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios
26
26
Na segunda fase dos estudos realizou-se uma avaliaccedilatildeo do ruido da impedacircncia vs frequecircncia
laquoIn vivoraquo com as diferentes soluccedilotildees Estes ensaios foram realizados em 8 voluntaacuterios saudaacuteveis 6 do
sexo feminino e 2 do masculino Deste modo consegue-se escolher uma soluccedilatildeo para avanccedilar ao
estaacutegio seguinte que consistia na mediccedilatildeo e comparaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos obtidos tanto
com os eleacutetrodos de controlo como com os eleacutetrodos multipino porosos com a soluccedilatildeo hidratante mais
adequada Os resultados foram obtidos com a participaccedilatildeo de 2 voluntaacuterios saudaacuteveis de ambos sexos
341 Ensaios laquoIn vitroraquo
3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito
Nos ensaios de ruiacutedo eletroquiacutemico apenas foram utilizados eleacutetrodos multipino porosos
Fig14 (b) sendo um ligado ao terminal do eleacutetrodo de trabalho e o outro ao terminal do eleacutetrodo de
referecircncia A distacircncia entre os eleacutetrodos foi controlada durante o decorrer dos ensaios optando-se
por uma distacircncia de 3 cm entre os dois eleacutetrodos Foi tambeacutem realizada uma montagem de controlo
nas mesmas condiccedilotildees contudo esta era constituiacuteda por dois eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel
Electro-Cap International Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA)
Estabelecida a montagem do sistema eletroacutenico procedeu-se agrave mediccedilatildeo do ruiacutedo eleacutetrico em
circuito aberto para isso recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software ldquoESA410 Data Acquisitionrdquo da Gamry
um software projetado especificamente para a aquisiccedilatildeo e anaacutelise de sinais de ruiacutedo eletroquiacutemico
[37] Para aquisiccedilatildeo dos dados o ESA410trade associa-se ao potenciostato Gamry que faz aquisiccedilatildeo dos
dados em modo potenciostaacutetico a recolha dos dados eacute feita em circuito aberto O teste para cada
eleacutetrodo foi realizado ao longo de 12 minutos com uma taxa de amostragem constante de 1000 Hz
ao longo de todo o teste e um filtro de 10 A frequecircncia de amostragem foi escolhida tendo em conta
o Teorema de Nyquist que afirma que a frequecircncia de amostragem de um sinal analoacutegico para que
possa posteriormente ser reconstituiacutedo com o miacutenimo de perda de informaccedilatildeo deve ser igual ou maior
a duas vezes a maior frequecircncia do espectro desse sinal 119861 le119891119904
2 Por outras palavras a frequecircncia
maacutexima do sinal de entrada deveraacute ser menor ou igual a metade da taxa de amostragem [38] Para
que isto seja conseguido o sistema incorpora um filtro passa-baixo ldquoanti-aliasrdquo (deixa passar baixas
frequecircncias mas atenua as frequecircncias maiores do que a frequecircncia de Nyquist) [39]
3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito
Na montagem eletroacutenica dos ensaios de impedacircncia o contra eleacutetrodo era representado por
um eleacutetrodo comercial de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) o eleacutetrodo de trabalho um
eleacutetrodo poroso multipino (cada ensaio com as suas diferentes soluccedilotildees) e o eleacutetrodo de referecircncia
um eleacutetrodo de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) Fig14 (a) Optou-se tambeacutem pela
27
27
implementaccedilatildeo de um controlo com eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap International
Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap International Inc USA)
A obtenccedilatildeo dos dados eacute feita atraveacutes da teacutecnica de espectroscopia de impedacircncia
eletroquiacutemica em modo potenciostaacuteticordquo presente no software EIS300TM da Gamry neste modo de
funcionamento eacute aquirido um espectro de impedacircncia ao longo do intervalo de frequecircncias de 10 kHz
ateacute 01 Hz com uma tensatildeo AC aplicada (5 mV RMS) da tensatildeo de desvio DC (0 V vs circuito aberto)
e representados 3 pontos por deacutecada
(a) (b)
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo
342 Ensaios laquoIn vivoraquo
3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele
De modo a mensurar o ruiacutedo
causado pela interface entre o eletroacutelito e
a pele procedeu-se agrave montagem de um
sistema semelhante ao utilizado nos
ensaios do ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito dentro
de uma gaiola de Faraday contudo estes
ensaios foram realizados laquoIn vivoraquo
procedendo-se agrave colocaccedilatildeo dos dois
eleacutetrodos na zona anterior da tiacutebia com
um espaccedilo entre eles de 3 cm (Figura 15)
apoacutes a superfiacutecie da pele ter sido limpa
com etanol a 70
A montagem contava com um sistema de seguranccedila inserido em seacuterie no sistema de mediccedilatildeo
e que corta a corrente se esta for superior a 100 microA
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
28
28
A mediccedilatildeo do ruido foi feita tendo em conta o tipo de eleacutetrodo tendo-se para isso optado por
fazer as mediccedilotildees com eleacutetrodos do mesmo tipo ou seja num primeiro ensaio mensurou-se o ruido
entre 2 eleacutetrodos de pratacloreto de prata com o respetivo gel hidratante e numa segunda
abordagem optou-se por mensurar o ruido entre dois dos eleacutetrodos porosos com as diferentes soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 Contudo foi controlada a pressatildeo da banda que fixava os eleacutetrodos porosos
agrave tiacutebia sendo estipulado o valor da pressatildeo no intervalo de 15N a 2N
Neste ensaio o primeiro eleacutetrodo encontra-se ligado aos terminais dos eleacutetrodos de trabalho
o segundo ao terminal da referecircncia e o cabo do ground foi ligado agrave gaiola
Os paracircmetros dos ensaios foram os mesmos que os utilizados para a mediccedilatildeo do ruido
eleacutetrodo-eletroacutelito apresentados na secccedilatildeo 3411 contudo o tempo de aquisiccedilatildeo de sinal foi
reduzido a 5 minutos de modo a minorar o tempo de exposiccedilatildeo dos voluntaacuterios aos exames
3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele
laquoIn vivoraquo estes ensaios foram feitos logo
apoacutes a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico portanto a
superfiacutecie da pele se encontrava limpa e a
colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos obedecia agrave regra dos 3 cm
de distacircncia entre eleacutetrodos e 15-2N de pressatildeo
Para a mediccedilatildeo da impedacircncia eacute utilizada uma
configuraccedilatildeo diferente como referido no capitulo
33 Satildeo portanto utilizados 2 eleacutetrodos
comerciais de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH
Alemanha) um como referecircncia e outro como
contra eleacutetrodo e o eleacutetrodo em estudo
propiamente dito seja este o comercial (controlo)
ou o novo eleacutetrodo (Figura 16)
Os resultados obtidos para as diferentes
frequecircncias aleacutem de poderem ser representados
pelo diagrama de Nyquist como referido anteriormente podem tambeacutem ser representados num
Diagrama de Bode Neste diagrama a distribuiccedilatildeo dos valores de impedacircncia por vaacuterias ordens de
grandeza eacute representada em coordenadas polares (magnitude log|119885| em funccedilatildeo de log120596 )
3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos primariamente limpou-se a superfiacutecie do
escalpe com aacutelcool a 70 de modo a minimizar a camada gordurosa da pele De seguida procedeu-se
agrave colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos Foram colocados dois eleacutetrodos de AgAgCl (comerciais) um de forma a
servir como controlo (posiccedilatildeo O2) e outro em curto-circuito com o ground e a referecircncia (posiccedilatildeo
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino
durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia
29
29
Fp2) O eleacutetrodo poroso em estudo colocou-se a cerca de 3 cm do eleacutetrodo de AgAgCl posiccedilatildeo O2
de modo a captar o mesmo sinal que o obtido pelo eleacutetrodo de controlo (Figura 17)
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos
35 Implementaccedilatildeo em Matlab
Apoacutes a importaccedilatildeo do ficheiro obtido nos ensaios de ruiacutedo para o Matlab foi criado um filtro
Butterworth de ordem 20 de 05 ateacute 40 Hz atraveacutes da funccedilatildeo jaacute implementada pelo Matlab
ldquofdesignbandpassrdquo De seguida eacute aplicado o filtro duas vezes A primeira desde o primeiro ponto ateacute
o uacuteltimo e o segundo na ordem inversa Deste modo consegue-se natildeo soacute uma filtragem dupla mas
tambeacutem o cancelamento da fase dos filtros Assim efetivamente o filtro utilizado eacute de ordem 40 de
fase nula
De seguida eacute dividido o ensaio em segmentos de 30 segundos rejeitando os primeiros 10
segundos do ensaio Para cada segmento natildeo sobreposto eacute calculado o valor RMS da tensatildeo a
densidade espectral de potecircncia atraveacutes da estimaccedilatildeo pwelch do Matlab e o declive meacutedio (primeira
derivada do sinal) Contudo no final eacute calculada tambeacutem a densidade espectral de potecircncia global
que eacute expressa em dB
30
30
31
31
Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos
Resultados obtidos e discussatildeo
41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo
411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos
eleacutetrodos
Neste estudo eacute de extrema relevacircncia a eleiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante a utilizar Para isso
recorreu-se agrave realizaccedilatildeo de vaacuterios ensaios que possibilitassem uma avaliaccedilatildeo objetiva da resposta do
sistema Efetuou-se entatildeo primeiro uma anaacutelise do ruiacutedo ao longo de 12 minutos com os eleacutetrodos
multipino nas diferentes soluccedilotildees (um medido contra o outro) e a respetiva referecircncia de seguida
realizou-se um ensaio para mensurar a resistecircncia agrave passagem de corrente com os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees e a respetiva referecircncia
Assim sendo a Figura 18 revela a impedacircncia dos eleacutetrodos nas diferentes soluccedilotildees testadas
Nesta pode-se observar que a soluccedilatildeo 1 apresenta niacuteveis de impedacircncia ligeiramente mais baixos que
as restantes soluccedilotildees Contudo os seus niacuteveis encontram-se uma deacutecada acima dos valores obtidos
pelo eleacutetrodo e AgAgCl utilizado comercialmente com o respetivo gel hidratante Observa-se ainda
que os desvios padratildeo satildeo tatildeo baixos que quase natildeo satildeo percetiacuteveis o que significa que os ensaios satildeo
bastante reprodutiacuteveis Eacute tambeacutem importante notar que ao longo de todas as frequecircncias testadas
os valores de impedacircncia aleacutem de se encontrarem todos abaixo dos valores maacuteximos permitidos (20-
40 k) [35] encontram-se ainda abaixo dos 5 k referidos como valores de impedacircncia ideal por vaacuterios
fornecedores [40][41] o que eacute de extrema relevacircncia nos passos subsequentes de aquisiccedilatildeo do sinal
uma vez que eacute indispensaacutevel ter baixos niacuteveis de impedacircncia para conseguir captar ondas cerebrais
32
32
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Foram ainda feitas mediccedilotildees de ruiacutedo nas mesmas condiccedilotildees Realizando-se de seguida uma
anaacutelise no domiacutenio temporal e outra no domiacutenio das frequecircncias Para isso como foi referido no
capitulo 35 recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software Matlab A primeira anaacutelise eacute feita no domiacutenio
temporal (Figura 19 (a)) sob a forma de um graacutefico da tensatildeo meacutedia (RMS) em funccedilatildeo do tempo que
eacute obtida apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa-alto de modo a retirar a componente DC do sinal e assim
obter um sinal de ruiacutedo para altas frequecircncias que seraacute representado em periacuteodos de 30 segundos
Deste modo eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees da quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo de
estabilizaccedilatildeo do eleacutetrodo O que se observa eacute que os niacuteveis de ruiacutedo ao longo do tempo variam entre
185 microV ateacute 2 microV o que equivale a uma variaccedilatildeo maacutexima de 015 microV tanto para os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees como para o eleacutetrodo de AgAgCl no respetivo gel hidratante Observa-se
ainda que aleacutem das pequenas variaccedilotildees ao longo do tempo o desvio padratildeo para todas as soluccedilotildees eacute
muito semelhante sugerindo que natildeo haacute diferenccedilas significativas a niacutevel das soluccedilotildees implementadas
Eacute ainda de salientar que natildeo se observa nenhuma evoluccedilatildeo de ruiacutedo ao longo do tempo o que sugere
uma estabilizaccedilatildeo do sistema muito raacutepida A segunda anaacutelise no domiacutenio temporal corresponde ao
declive meacutedio (Figura 19 (b)) foi realizada recorrendo agrave primeira derivada do sinal em DC obtido a
cada 30 segundos Deste graacutefico eacute possiacutevel retirar informaccedilatildeo referente agrave deriva do potencial e ao
tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema Assim recorrendo agrave sua visualizaccedilatildeo observa-se que a
estabilizaccedilatildeo eacute feita de forma semelhante para todas as soluccedilotildees Contudo a soluccedilatildeo 3 apresenta
menos variaccedilotildees ao longo do tempo valores mais proacuteximos de zero e maior reprodutibilidade entre
ensaios Finalmente o teste de controlo efetuado com os eleacutetrodos comerciais de AgAgCl no gel
aparentam ser ligeiramente menos estaacuteveis contudo os valores se encontram na mesma gama de
tensotildees
33
33
Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Para concluir realizou-se uma anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias para isso recorreu-se ao
graacutefico da densidade espectral de tensatildeo (Figura 20) Nele observa-se que os resultados do ruiacutedo do
sinal aumentam com a diminuiccedilatildeo das frequecircncias numa proporccedilatildeo 119903119906iacute119889119900 ~ 1 119891119903119890119902119906ecirc119899119888119894119886frasl
confirmando os estudos feitos por E Huigen em 2002 [20] No entanto estes tendem a estabilizar a
partir dos 10 Hz em valores proacuteximos dos -238 dB Eacute de referir que a para frequecircncias elevadas o
sinal de ruiacutedo eacute determinado pelo ruiacutedo do amplificador e natildeo pelo ruiacutedo da interface metal-eletroacutelito
uma vez que este eacute significativamente menor do que o ruiacutedo do amplificador impedindo assim a sua
mediccedilatildeo mesmo com equipamentos de baixo ruiacutedo [20]
34
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Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
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a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
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Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
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Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
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Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
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39
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
40
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
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41
Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
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42
Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
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Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
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Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
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Anexos
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25 Novo conceito de eleacutetrodo
O desenvolvimento do novo tipo de bioeleacutetrodo busca
colmatar as lacunas presentes nos eleacutetrodos disponiacuteveis
comercialmente (dos tipos huacutemido e seco) Tentando manter as
melhores carateriacutesticas de cada tipo de eleacutetrodo Para isso eacute
necessaacuterio desenvolver o eleacutetrodo com materiais condutores que
possibilitem as trocas ioacutenicas e aleacutem disso tenha a capacidade
de manter huacutemido o ponto de contacto com a pele de forma a
diminuir a impedacircncia na interface mas sem usar pastas ou gel
que sujam a pele
A hidrataccedilatildeo da pele por via externa nos ensaios a
realizar eacute feita atraveacutes da aplicaccedilatildeo de diferentes soluccedilotildees
hidratantes que se encontram embebidas numa esponja num
reservatoacuterio existente no eleacutetrodo (Figura 8) Estas soluccedilotildees tecircm a capacidade de migrar atraveacutes do
eleacutetrodo atraveacutes do efeito de capilaridade e gravidade uma vez que a base do eleacutetrodo eacute feita de
policarbonato com porosidade aberta adequada ao fenoacutemeno da capilaridade
O desenvolvimento deste bioeleacutetrodo inovador possibilita tambeacutem uma colocaccedilatildeo raacutepida
coacutemoda e segura Uma vez que estes passam a ser colocados com uma touca
Finalmente eacute tambeacutem importante referir que a forma do eleacutetrodo em multipino permitiraacute
numerosos pontos de contacto de modo a minimizar a impedacircncia do mesmo contribuindo para a
obtenccedilatildeo de melhores traccedilados eletroencefalograacuteficos
26 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
O ruiacutedo eacute um sinal interferente de natureza aleatoacuteria que provoca a degradaccedilatildeo de sinal
durante o seu processamento Em eletroacutenica diz respeito a quaisquer correntes ou tensotildees indesejadas
que mascaram o sinal que realmente interessa
Nos dispositivos e circuitos eletroacutenicos existem inuacutemeras fontes de ruiacutedo dai a importacircncia
na sua caraterizaccedilatildeo
Um tipo importante de ruiacutedo eacute o ruiacutedo de Johnson-Nyquist presente nos portadores de carga
e em todos os elementos com resistecircncia eleacutetrica Este tipo de ruiacutedo eacute caraterizado por uma densidade
espectral de potecircncia (do inglecircs power spectral density - PSD) uniforme e forma de onda gaussiana
[26]
O ruiacutedo de Johnson-Nyquist eacute comumente chamado ruiacutedo teacutermico e a sua tensatildeo eficaz pode
ser calculado atraveacutes da ( 5 para uma resistecircncia eleacutetrica R
Vt= radic4∙k∙T∙B∙R=radic16times1020
∙B∙R ( 5 )
Figura 8 Eleacutetrodo de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios A representa o fio de prata B a soluccedilatildeo condutora C a esponja do reservatoacuterio e D material de policarbonato de natureza porosa onde se estabelece o contacto com a pele
16
16
onde k representa a constante de Boltzmann em JK T a temperatura da resistecircncia em K B
a banda equivalente de ruiacutedo e R o valor da resistecircncia em Ohm
Para o caacutelculo da banda equivalente de ruiacutedo considera-se que o sistema tem uma funccedilatildeo de
transferecircncia do tipo 1198810
119881119894frasl = 119860(119895119891) e estaacute sujeito a uma entrada de ruiacutedo de PSD 119878119881119894
Deste modo
obtemos que o valor meacutedio da tensatildeo de ruiacutedo na saiacuteda para um amplificador seraacute
1198811198990
2 = int 119878119881119894 |A(jf)|2 partfinfin
0
( 6 )
Sendo |119860(119895119891)| usualmente uma funccedilatildeo do tipo
Figura 9 Funccedilatildeo de um filtro passa-baixos |119912(119947119943)|
Uma vez que as regiotildees sombreadas satildeo iguais pode-se simplificar o caacutelculo atraveacutes da aacuterea
de um retacircngulo com a mesma aacuterea que o quadrado da funccedilatildeo de transferecircncia Temos entatildeo que a
banda equivalente eacute dada por
B=1
|A0|2int |A(jf)|2 partf
infin
0
( 7 )
Outro tipo de ruiacutedo presente nos equipamentos eletroacutenicos que eacute interessante estudar eacute o
ruiacutedo ldquoshotrdquo ou ruiacutedo de corrente (Ish) que como o nome indica estaacute associado agrave corrente DC que
flui atraveacutes de uma barreira de potencial e pode ser representado por
Ish= radic2∙q∙IDc∙B ( 8 )
Onde q representa a carga eletroacutenica em coulomb e IDC a corrente contiacutenua meacutedia em ampere
Finalmente outro tipo de ruiacutedo a estudar seraacute o ruiacutedo 1f ldquoflickerrdquo ou ruiacutedo de contacto (If)
que ocorre devido agraves diferenccedilas nos niacuteveis de energia eleacutetricos quando existe um contato imperfeito
entre dois materiais Este tipo de ruiacutedo pode ser calculado atraveacutes de
119868119891 = 119870 ∙ 119868119863119888 ∙ radic119861
radic119891 ( 9 )
Onde K eacute um valor constante que depende do material e da geometria
A baixas frequecircncias este ruiacutedo eacute chamado de ruiacutedo ldquo1frdquo devido agrave tendecircncia caracteriacutestica
de decrescimento com a frequecircncia Eacute importante notar que a magnitude do ruido ldquoflickerrdquo pode ser
17
17
muito grande para pequenas frequecircncias o que leva a que seja a forma de ruiacutedo predominante em
circuitos de baixa frequecircncia
Considerando o ruiacutedo total como adiccedilatildeo das contribuiccedilotildees dos vaacuterios tipos de ruiacutedo na
configuraccedilatildeo eleacutetrica adotada para um amplificador pode-se considerar que o ruiacutedo na entrada segue
a representaccedilatildeo da Figura 10 da qual eacute possiacutevel retirar que
1198681198992 =
1198811198991199052 minus 119881119899
2 minus 1198811199052
1198771199042 ( 10 )
Na praacutetica In pode ser calculado atraveacutes da PSD do ruiacutedo total obtido com uma resistecircncia
elevada de modo a que 1198811198990≫ 119860radic119881119899
2 ∙ 1198811199052 e que Vn eacute a PSD do sistema com a entrada em curto circuito
Figura 10 Circuito representativo dos componentes do ruiacutedo do amplificador na entrada segundo o modelo Vn-In
No corpo humano a captaccedilatildeo dos biopotenciais no escalpe estaacute sujeita agrave presenccedila de ruiacutedo
eleacutetrico intriacutenseco indesejado na interface eleacutetrodogelpele que faz com que o processo de deteccedilatildeo
e anaacutelise dos sinais bioloacutegicos reais seja mais complicado Eacute necessaacuterio por isso caracterizar e
conhecer a magnitude e origem destas flutuaccedilotildees de modo a caraterizar a qualidade dos eleacutetrodos
desenvolvidos
O ruiacutedo eleacutetrodo-pele pode estar ligado agrave interface entre o eleacutetrodo e o eletroacutelito ou entatildeo
agrave interface eletroacutelito-pele No primeiro caso esta situaccedilatildeo pode ser mensurada atraveacutes da colocaccedilatildeo
de eleacutetrodos do mesmo tipo um contra o outro Por outro lado o ruiacutedo produzido pela interface
eletroacutelito-pele deve ser mensurado de uma forma indireta atraveacutes do contacto direto entre o eleacutetrodo
e a pele Nesta situaccedilatildeo o ruiacutedo eacute tipicamente mais elevado do que o que se obteacutem na interface
eleacutetrodo-eletroacutelito [3] Uma vez que os resultados obtidos nestes ensaios dependem diretamente do
estado da pele eacute importante garantir um tratamento preacutevio adequado
18
18
261 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio do tempo RMS e Deriva do potencial
A raiz do valor quadraacutetico meacutedio RMS (do inglecircs root mean square) ou valor eficaz eacute uma
medida estatiacutestica da magnitude de uma quantidade variaacutevel que pode ser calculada atraveacutes da
expressatildeo
120600119877119872119878 = radic1
119873 sum120600119894
2
119873
119894=1
= radic1206001
2 + 12060022 + ⋯+ 120600119873
2
119873 ( 11 )
Nos sinais a estudar satildeo calculados os valores RMS da parte alternada do sinal em intervalos
de tempo sucessivos Destes valores eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees acerca da evoluccedilatildeo temporal do
sinal assim como a quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo
Por outro lado a deriva do potencial eacute calculada recorrendo agrave primeira derivada do sinal nos
diferentes pontos pela componente contiacutenua do sinal sendo portanto de natureza lenta Eacute possiacutevel
por isso analisar a deriva do potencial e o tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema atraveacutes do recurso desde
caacutelculo
262 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio das frequecircncias Densidade espectral
A densidade espectral de potecircncia PSD eacute definida pela transformada de Fourier da funccedilatildeo
de autocorrelaccedilatildeo (Rxx (120591)) de um processo estacionaacuterio ou seja
Teorema de Wiener-Khintchine 119878119909(119891) = F[Rxx(120591)]= int Rxx(120591)119890minus 1198952120587119891120591119889120591infin
minusinfin
( 12 )
Por outras palavras a PSD descreve a distribuiccedilatildeo da variacircncia de um processo aleatoacuterio no
domiacutenio da frequecircncia [27][28]
No Matlab esta estimaccedilatildeo eacute feita atraveacutes da funccedilatildeo pwelch jaacute implementada esta segue o
meacutetodo Welch para o caacutelculo da PSD Este meacutetodo eacute baseado no conceito de utilizaccedilatildeo de
periodogramas de estimaccedilatildeo espectral que satildeo o resultado da conversatildeo de um sinal no domiacutenio
temporal para o domiacutenio da frequecircncia [29] Para isso o meacutetodo Welch segue o fundamento do
meacutetodo Bartlett contudo permite a sobreposiccedilatildeo de segmentos [30]
O meacutetodo Bartlett consiste primeiramente na divisatildeo do segmento original de N amostras em
K segmentos de comprimento M Para cada segmento eacute obtido o periodograma calculado atraveacutes da
transformada discreta de Fourier de seguida eacute calculado o quadrado do resultado e dividido por M
Finalmente eacute feita a meacutedia do resultado dos periodogramas para todos os segmentos de K amostras
resultando num uacutenico vetor de potenciais em funccedilatildeo da frequecircncia Ou seja a reparticcedilatildeo da potecircncia
ao longo do espetro [28]
19
19
27 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo da impedacircncia
Um sistema eletroquiacutemico eacute aquele onde haacute a presenccedila de pelo menos uma fase condutora
eletroacutenica (eleacutetrodo) em contato direto com uma fase condutora ioacutenica (eletroacutelito) as quais originam
a interface eleacutetrodo-eletroacutelito onde se forma duma dupla camada eleacutetrica
A mediccedilatildeo da impedacircncia eletroquiacutemica em modo potenciostaacutetico eacute feita atraveacutes da
aplicaccedilatildeo de um sinal de potencial eleacutetrico sinusoidal 119881(119905) com cerca de 5 a 20 mV numa ceacutelula
eletroquiacutemica Satildeo medidas a resposta na forma de corrente eleacutetrica 119868(119905) e diferenccedila de fase entre
o sinal de potencial e o sinal da corrente [31] Ao medir a corrente alternada que atravessa a ceacutelula
eletroquiacutemica obtemos a impedacircncia Z da forma convencional 119885 = 119881119868 [32] Refira-se que a obtenccedilatildeo
da impedacircncia pode igualmente ser feita impondo uma perturbaccedilatildeo de corrente e medindo o
potencial A impedacircncia do eleacutetrodo reflete entatildeo a capacidade do eleacutetrodo para transferir carga a
determinada frequecircncia [32][33]
Deste modo tem-se se os valores da tensatildeo alternada V(t) e da intensidade I(t) forem
representados por
V(t)=V0∙ cos ωt
( 13 )
I(t)=I0∙ cos (ωt+φ) ( 14 )
No qual V0 representa a amplitude de pico do sinal 120596 a frequecircncia angular (120596 = 2120587119891) I0 a
amplitude do sinal de corrente e 120593 a diferenccedila de fase entre os dois sinais
Pela equaccedilatildeo de Euler
eiφ= cos φ +j sin φ ( 15 )
temos entatildeo que se φ=120596119905
V(t)= V0∙Re(ejωt) ( 16 )
representando essa tensatildeo alternada como uma parte real de uma grandeza complexa
temos que V(t) eacute equivalente a
V(t)=V0∙Re(119888119900119904120596119905 + 119895 ∙ 119904119894119899 120596119905) ( 17 )
Por outro lado atendendo agrave Equaccedilatildeo de Euler acima descrita a corrente eleacutetrica gerada
por um elemento de circuito em resposta a uma tensatildeo alternada pode ser escrita como
I(t)=I0∙Re(119890(120596119905+120593))
( 18 )
Deste modo a impedacircncia fica
Z(ω)=Z0∙ejφ
( 19 )
e aplicando a equaccedilatildeo de Euler
Z(ω)=Z ( cos φ + j sin φ ) ( 20 )
20
20
Obtemos uma equaccedilatildeo composta de uma parte real e uma parte imaginaacuteria possibilitando
assim a sua representaccedilatildeo num plano cartesiano onde a parte real corresponderaacute ao eixo das abcissas
e a parte imaginaria ao eixo das ordenadas (Diagrama de Nyquist)
Pode-se tambeacutem representar a impedacircncia como um vetor no plano complexo
Z (ω)=Re[Z(ω)]i +Im[Z(ω)]j ( 21 )
E se Z0 for o moacutedulo da impedacircncia a parte real de 119885(120596) escreve-se
Z=Z0∙ cos φ
( 22 )
sendo a parte imaginaacuteria representada por
Z=Z0∙ sin φ
( 23 )
que segundo a representaccedilatildeo de Fresnel corresponde a
Z(ω)=Z+ j Z
( 24 )
ou seja
1198850=|Z(ω)|=radicZ2+ Z
2 ( 25 )
e
tan φ = Z
Zfrasl ( 26 )
Os diagramas de Nyquist satildeo uacuteteis para reconhecer o tipo de processo envolvido Os diagramas
de Bode por outro lado mostram a dependecircncia direta do acircngulo de fase com a frequecircncia Este
uacuteltimo eacute particularmente interessante em escalas de frequecircncia muito diferentes uma vez que eacute
frequentemente representado atraveacutes da escala logariacutetmica portanto os resultados nos capiacutetulos
subsequentes seratildeo apresentados neste formato
21
21
A teacutecnica de Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica (do inglecircs Electrochemical
Impedance Spectroscopy - EIS) fornece uma visatildeo completa e detalhada das caracteriacutesticas eleacutetricas
da interface eleacutetrodo-eletroacutelito quando efetuada
numa gama suficientemente largada de frequecircncias
Na Figura 11 estaacute representado um esquema da
montagem experimental para mediccedilatildeo da
impedacircncia As reaccedilotildees eletroquiacutemicas satildeo em
essecircncia reaccedilotildees quiacutemicas em que ocorrem
transferecircncia de eletrotildees para um eleacutetrodo e como
regra ocorrem de acordo com princiacutepios quiacutemicos
gerais Haacute contudo certas caracteriacutesticas das
reaccedilotildees eletroquiacutemicas que satildeo uacutenicas Algumas
delas envolvem a transferecircncia de eletrotildees atraveacutes
de uma interface (reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo) o
que acarreta uma dependecircncia com as dimensotildees e
aacuterea do eleacutetrodo assim como tambeacutem das
propriedades da interface com o eleacutetrodo
Eacute habitual que os eleacutetrodos de AgAgCl apresentem potenciais relativamente baixos e
estaacuteveis Portanto a deposiccedilatildeo da camada de AgCl estabilizaraacute o potencial do eleacutetrodo e reduziraacute os
niacuteveis de impedacircncia Eacute de salientar que impedacircncias aceitaacuteveis para os eleacutetrodos de superfiacutecie devem
encontrar-se abaixo dos 5 k uma vez que quanto maior a impedacircncia maior seraacute a resistecircncia do
eleacutetrodo agrave passagem de corrente No entanto valores de 10 k ou mesmo 40 K ainda satildeo
considerados aceitaacuteveis dependendo dos autores [34][35]
Figura 11 Esquema representativo do ensaio potenciostaacutetico para mediccedilatildeo da impedacircncia
22
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Capiacutetulo 3 Materiais e meacutetodos
Materiais e meacutetodos
31 Preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes
Na preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes dissolveu-se cloreto de soacutedio (NaCl) em aacutegua
adicionando de seguida um tensioativo (tweencopy-80) e um humectante (propilenoglicol) As
concentraccedilotildees destes componentes variaram nas 3 soluccedilotildees conforme referido na Tabela 2 Conveacutem
referir que cada componente foi dissolvido em constante e contiacutenua agitaccedilatildeo numa placa de
agitaccedilatildeo tendo-se misturado primeiro o propilenogicol com o tweencopy e soacute depois com os restantes
compostos
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas
COMPONENTE INFORMACcedilAtildeO DO COMPONENTE SOLUCcedilAtildeO
1 2 3
NaCl (mV) VWR-BDH Prolabo Lote 27810295
09 09 09
Tweencopy-80 (VV) Acofarma
Lote 130287 3 3 5
Propilenoglicol(VV) Acofarma
Lote 131337 10 30 30
Aacutegua (VV) - qbp 100 qbp 100 qbp 100
A biocompatibilidade das mateacuterias-primas empregues para a obtenccedilatildeo das soluccedilotildees torna este
novo conceito de eleacutetrodo uma alternativa promissora para utilizaccedilatildeo cliacutenica Esta biocompatibilidade
estaacute inversamente relacionada com a concentraccedilatildeo de cloretos de soacutedio ou seja quanto menor a
concentraccedilatildeo tanto maior a biocompatibilidade das soluccedilotildees Por esse motivo as soluccedilotildees
desenvolvidas contavam com pequenas concentraccedilotildees de sais de modo a ser o mais semelhante
possiacutevel aos componentes ioacutenicos da proacutepria pele humana
24
24
32 Produccedilatildeo dos novos eleacutetrodos
321 Produccedilatildeo da estrutura porosa de policarbonato
A produccedilatildeo da estrutura porosa (wicks) foi realizada atraveacutes da sinterizaccedilatildeo de poacutes de
policarbonato (PC)
No que diz respeito ao processo de fabrico propriamente
dito o primeiro passo consistiu na moagem da mateacuteria-prima
(policarbonato) de seguida estas partiacuteculas foram sinterizadas
atraveacutes de um equipamento designado por cilindro de sinterizaccedilatildeo
Este cilindro foi aquecido a uma temperatura de asymp170degC e atingida
esta gama de temperaturas colocaram-se as partiacuteculas no molde
ldquoWickrdquo com as dimensotildees apresentadas na Figura 12 que se
encontrava dentro do cilindro central Procedeu-se
imediatamente ao encaixe do pistatildeo no cilindro central Para
finalizar mergulhou-se em aacutegua fria o cilindro central contendo o
molde deixando de seguida secar agrave temperatura ambiente [36]
322 Preparaccedilatildeo dos eleacutetrodos de pratacloreto de prata
Para a deposiccedilatildeo da camada de cloreto de prata nos fios de prata recorreu-se a uma teacutecnica
de deposiccedilatildeo quiacutemica Para isso os fios de prata (Ag) (diacircmetro = 250 miacutecron 9999 Goodfellow
Cambridge) foram oxidados com uma soluccedilatildeo de cloreto de ferro (III) (MERCK Lote 7705-08-0) apoacutes
um preacute-tratamento que permitiu a remoccedilatildeo de impurezas e sujidades presentes na superfiacutecie dos fios
Este preacute-tratamento consistiu na limpeza da superfiacutecie dos fios com 2-propanol e posterior imersatildeo
dos mesmos numa tina de ultrassons com 2-propanol durante 10 minutos De seguida mergulharam-
se os fios de prata em aacutegua destilada de forma a remover todo o 2-propanol presente Finalmente
o processo de oxidaccedilatildeo consistiu em submergir os fios de prata numa soluccedilatildeo aquosa de FeCl3 50 mM
durante 2 minutos ao finalizar este periacuteodo foram armazenados durante 24h num recipiente revestido
com folha de alumiacutenio que possuiacutea uma soluccedilatildeo de HCl 01M para estabilizaccedilatildeo Os fios que natildeo foram
utilizados imediatamente foram armazenados num recipiente revestido com folha de alumiacutenio com
uma soluccedilatildeo de HCl 0005M O comprimento de cada fio de prata eacute aproximadamente de 8 cm
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato
25
25
323 Montagem dos eleacutetrodos
Apoacutes o fabrico da estrutura porosa e da preparaccedilatildeo dos
fios de prata procedeu-se agrave montagem dos eleacutetrodos para isso
cortaram-se pequenas porccedilotildees de uma esponja em poliuretano
com configuraccedilatildeo ciliacutendrica e um diacircmetro semelhante ao da
parte superior da estrutura porosa De seguida atravessou-se esta
esponja com o fio de prata e inseriu-se o conjunto ldquoesponja +
arame de pratardquo dentro de um orifiacutecio superior que a estrutura
porosa possui Finalmente incorporou-se esta estrutura dentro de
um tubo de PVC de modo a atingir a configuraccedilatildeo apresentada na
Figura 13
33 Preparaccedilatildeo dos ensaios
Antes do iniacutecio dos ensaios os eleacutetrodos foram previamente lavados com 2-propanol e
colocados na estufa de modo a evaporar os resiacuteduos do aacutelcool Posteriormente foi aplicada a soluccedilatildeo
hidratante que se pretendia estudar de modo a que a esponja ficasse completamente embebida Desta
forma por uma parte os novos eleacutetrodos em estudo foram testados recorrendo agraves soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 e por outra os eleacutetrodos que serviram como controlo (eleacutetrodo de AgAgCl
(BIO EASYCAP GmbH Alemanha)) utilizaram o gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) Foram tambeacutem utilizados eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) como referecircncia
Para os estudos eletroquiacutemicos incorporaram-se os eleacutetrodos numa montagem constituiacuteda por
um potenciostatogalvanostato Gamry G-300 (Gamry Instruments USA) De modo a diminuir o ruiacutedo
eletroacutenico os ensaios foram todos realizados dentro de uma Gaiola de Faraday Eacute importante referir
que uma vez o nosso sistema de aquisiccedilatildeo de dados era ldquoearth groundedrdquo seguiu-se a sugestatildeo da
bula do Gamry e optou-se unicamente por ligar o ldquofloating groundrdquo agrave gaiola
34 Condiccedilotildees dos ensaios
A primeira parte do trabalho foi desenvolvida laquoIn vitroraquo com eleacutetrodos multipino foi feito
entatildeo um estudo do ruido eletroquiacutemico entre eleacutetrodos do mesmo tipo nas diferentes soluccedilotildees
referidas na Tabela 2 De seguida realizou-se um estudo das impedacircncias dos novos eleacutetrodos nas
diferentes soluccedilotildees seguidos por um estudo de controlo realizado nas mesmas condiccedilotildees com o
eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente e o correspondente gel hidratante Estes ensaios foram
reproduzidos 3 vezes uma vez que em estudos anteriores jaacute se tinha verificado uma boa
reprodutibilidade dos ensaios
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios
26
26
Na segunda fase dos estudos realizou-se uma avaliaccedilatildeo do ruido da impedacircncia vs frequecircncia
laquoIn vivoraquo com as diferentes soluccedilotildees Estes ensaios foram realizados em 8 voluntaacuterios saudaacuteveis 6 do
sexo feminino e 2 do masculino Deste modo consegue-se escolher uma soluccedilatildeo para avanccedilar ao
estaacutegio seguinte que consistia na mediccedilatildeo e comparaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos obtidos tanto
com os eleacutetrodos de controlo como com os eleacutetrodos multipino porosos com a soluccedilatildeo hidratante mais
adequada Os resultados foram obtidos com a participaccedilatildeo de 2 voluntaacuterios saudaacuteveis de ambos sexos
341 Ensaios laquoIn vitroraquo
3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito
Nos ensaios de ruiacutedo eletroquiacutemico apenas foram utilizados eleacutetrodos multipino porosos
Fig14 (b) sendo um ligado ao terminal do eleacutetrodo de trabalho e o outro ao terminal do eleacutetrodo de
referecircncia A distacircncia entre os eleacutetrodos foi controlada durante o decorrer dos ensaios optando-se
por uma distacircncia de 3 cm entre os dois eleacutetrodos Foi tambeacutem realizada uma montagem de controlo
nas mesmas condiccedilotildees contudo esta era constituiacuteda por dois eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel
Electro-Cap International Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA)
Estabelecida a montagem do sistema eletroacutenico procedeu-se agrave mediccedilatildeo do ruiacutedo eleacutetrico em
circuito aberto para isso recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software ldquoESA410 Data Acquisitionrdquo da Gamry
um software projetado especificamente para a aquisiccedilatildeo e anaacutelise de sinais de ruiacutedo eletroquiacutemico
[37] Para aquisiccedilatildeo dos dados o ESA410trade associa-se ao potenciostato Gamry que faz aquisiccedilatildeo dos
dados em modo potenciostaacutetico a recolha dos dados eacute feita em circuito aberto O teste para cada
eleacutetrodo foi realizado ao longo de 12 minutos com uma taxa de amostragem constante de 1000 Hz
ao longo de todo o teste e um filtro de 10 A frequecircncia de amostragem foi escolhida tendo em conta
o Teorema de Nyquist que afirma que a frequecircncia de amostragem de um sinal analoacutegico para que
possa posteriormente ser reconstituiacutedo com o miacutenimo de perda de informaccedilatildeo deve ser igual ou maior
a duas vezes a maior frequecircncia do espectro desse sinal 119861 le119891119904
2 Por outras palavras a frequecircncia
maacutexima do sinal de entrada deveraacute ser menor ou igual a metade da taxa de amostragem [38] Para
que isto seja conseguido o sistema incorpora um filtro passa-baixo ldquoanti-aliasrdquo (deixa passar baixas
frequecircncias mas atenua as frequecircncias maiores do que a frequecircncia de Nyquist) [39]
3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito
Na montagem eletroacutenica dos ensaios de impedacircncia o contra eleacutetrodo era representado por
um eleacutetrodo comercial de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) o eleacutetrodo de trabalho um
eleacutetrodo poroso multipino (cada ensaio com as suas diferentes soluccedilotildees) e o eleacutetrodo de referecircncia
um eleacutetrodo de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) Fig14 (a) Optou-se tambeacutem pela
27
27
implementaccedilatildeo de um controlo com eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap International
Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap International Inc USA)
A obtenccedilatildeo dos dados eacute feita atraveacutes da teacutecnica de espectroscopia de impedacircncia
eletroquiacutemica em modo potenciostaacuteticordquo presente no software EIS300TM da Gamry neste modo de
funcionamento eacute aquirido um espectro de impedacircncia ao longo do intervalo de frequecircncias de 10 kHz
ateacute 01 Hz com uma tensatildeo AC aplicada (5 mV RMS) da tensatildeo de desvio DC (0 V vs circuito aberto)
e representados 3 pontos por deacutecada
(a) (b)
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo
342 Ensaios laquoIn vivoraquo
3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele
De modo a mensurar o ruiacutedo
causado pela interface entre o eletroacutelito e
a pele procedeu-se agrave montagem de um
sistema semelhante ao utilizado nos
ensaios do ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito dentro
de uma gaiola de Faraday contudo estes
ensaios foram realizados laquoIn vivoraquo
procedendo-se agrave colocaccedilatildeo dos dois
eleacutetrodos na zona anterior da tiacutebia com
um espaccedilo entre eles de 3 cm (Figura 15)
apoacutes a superfiacutecie da pele ter sido limpa
com etanol a 70
A montagem contava com um sistema de seguranccedila inserido em seacuterie no sistema de mediccedilatildeo
e que corta a corrente se esta for superior a 100 microA
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
28
28
A mediccedilatildeo do ruido foi feita tendo em conta o tipo de eleacutetrodo tendo-se para isso optado por
fazer as mediccedilotildees com eleacutetrodos do mesmo tipo ou seja num primeiro ensaio mensurou-se o ruido
entre 2 eleacutetrodos de pratacloreto de prata com o respetivo gel hidratante e numa segunda
abordagem optou-se por mensurar o ruido entre dois dos eleacutetrodos porosos com as diferentes soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 Contudo foi controlada a pressatildeo da banda que fixava os eleacutetrodos porosos
agrave tiacutebia sendo estipulado o valor da pressatildeo no intervalo de 15N a 2N
Neste ensaio o primeiro eleacutetrodo encontra-se ligado aos terminais dos eleacutetrodos de trabalho
o segundo ao terminal da referecircncia e o cabo do ground foi ligado agrave gaiola
Os paracircmetros dos ensaios foram os mesmos que os utilizados para a mediccedilatildeo do ruido
eleacutetrodo-eletroacutelito apresentados na secccedilatildeo 3411 contudo o tempo de aquisiccedilatildeo de sinal foi
reduzido a 5 minutos de modo a minorar o tempo de exposiccedilatildeo dos voluntaacuterios aos exames
3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele
laquoIn vivoraquo estes ensaios foram feitos logo
apoacutes a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico portanto a
superfiacutecie da pele se encontrava limpa e a
colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos obedecia agrave regra dos 3 cm
de distacircncia entre eleacutetrodos e 15-2N de pressatildeo
Para a mediccedilatildeo da impedacircncia eacute utilizada uma
configuraccedilatildeo diferente como referido no capitulo
33 Satildeo portanto utilizados 2 eleacutetrodos
comerciais de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH
Alemanha) um como referecircncia e outro como
contra eleacutetrodo e o eleacutetrodo em estudo
propiamente dito seja este o comercial (controlo)
ou o novo eleacutetrodo (Figura 16)
Os resultados obtidos para as diferentes
frequecircncias aleacutem de poderem ser representados
pelo diagrama de Nyquist como referido anteriormente podem tambeacutem ser representados num
Diagrama de Bode Neste diagrama a distribuiccedilatildeo dos valores de impedacircncia por vaacuterias ordens de
grandeza eacute representada em coordenadas polares (magnitude log|119885| em funccedilatildeo de log120596 )
3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos primariamente limpou-se a superfiacutecie do
escalpe com aacutelcool a 70 de modo a minimizar a camada gordurosa da pele De seguida procedeu-se
agrave colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos Foram colocados dois eleacutetrodos de AgAgCl (comerciais) um de forma a
servir como controlo (posiccedilatildeo O2) e outro em curto-circuito com o ground e a referecircncia (posiccedilatildeo
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino
durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia
29
29
Fp2) O eleacutetrodo poroso em estudo colocou-se a cerca de 3 cm do eleacutetrodo de AgAgCl posiccedilatildeo O2
de modo a captar o mesmo sinal que o obtido pelo eleacutetrodo de controlo (Figura 17)
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos
35 Implementaccedilatildeo em Matlab
Apoacutes a importaccedilatildeo do ficheiro obtido nos ensaios de ruiacutedo para o Matlab foi criado um filtro
Butterworth de ordem 20 de 05 ateacute 40 Hz atraveacutes da funccedilatildeo jaacute implementada pelo Matlab
ldquofdesignbandpassrdquo De seguida eacute aplicado o filtro duas vezes A primeira desde o primeiro ponto ateacute
o uacuteltimo e o segundo na ordem inversa Deste modo consegue-se natildeo soacute uma filtragem dupla mas
tambeacutem o cancelamento da fase dos filtros Assim efetivamente o filtro utilizado eacute de ordem 40 de
fase nula
De seguida eacute dividido o ensaio em segmentos de 30 segundos rejeitando os primeiros 10
segundos do ensaio Para cada segmento natildeo sobreposto eacute calculado o valor RMS da tensatildeo a
densidade espectral de potecircncia atraveacutes da estimaccedilatildeo pwelch do Matlab e o declive meacutedio (primeira
derivada do sinal) Contudo no final eacute calculada tambeacutem a densidade espectral de potecircncia global
que eacute expressa em dB
30
30
31
31
Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos
Resultados obtidos e discussatildeo
41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo
411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos
eleacutetrodos
Neste estudo eacute de extrema relevacircncia a eleiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante a utilizar Para isso
recorreu-se agrave realizaccedilatildeo de vaacuterios ensaios que possibilitassem uma avaliaccedilatildeo objetiva da resposta do
sistema Efetuou-se entatildeo primeiro uma anaacutelise do ruiacutedo ao longo de 12 minutos com os eleacutetrodos
multipino nas diferentes soluccedilotildees (um medido contra o outro) e a respetiva referecircncia de seguida
realizou-se um ensaio para mensurar a resistecircncia agrave passagem de corrente com os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees e a respetiva referecircncia
Assim sendo a Figura 18 revela a impedacircncia dos eleacutetrodos nas diferentes soluccedilotildees testadas
Nesta pode-se observar que a soluccedilatildeo 1 apresenta niacuteveis de impedacircncia ligeiramente mais baixos que
as restantes soluccedilotildees Contudo os seus niacuteveis encontram-se uma deacutecada acima dos valores obtidos
pelo eleacutetrodo e AgAgCl utilizado comercialmente com o respetivo gel hidratante Observa-se ainda
que os desvios padratildeo satildeo tatildeo baixos que quase natildeo satildeo percetiacuteveis o que significa que os ensaios satildeo
bastante reprodutiacuteveis Eacute tambeacutem importante notar que ao longo de todas as frequecircncias testadas
os valores de impedacircncia aleacutem de se encontrarem todos abaixo dos valores maacuteximos permitidos (20-
40 k) [35] encontram-se ainda abaixo dos 5 k referidos como valores de impedacircncia ideal por vaacuterios
fornecedores [40][41] o que eacute de extrema relevacircncia nos passos subsequentes de aquisiccedilatildeo do sinal
uma vez que eacute indispensaacutevel ter baixos niacuteveis de impedacircncia para conseguir captar ondas cerebrais
32
32
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Foram ainda feitas mediccedilotildees de ruiacutedo nas mesmas condiccedilotildees Realizando-se de seguida uma
anaacutelise no domiacutenio temporal e outra no domiacutenio das frequecircncias Para isso como foi referido no
capitulo 35 recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software Matlab A primeira anaacutelise eacute feita no domiacutenio
temporal (Figura 19 (a)) sob a forma de um graacutefico da tensatildeo meacutedia (RMS) em funccedilatildeo do tempo que
eacute obtida apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa-alto de modo a retirar a componente DC do sinal e assim
obter um sinal de ruiacutedo para altas frequecircncias que seraacute representado em periacuteodos de 30 segundos
Deste modo eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees da quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo de
estabilizaccedilatildeo do eleacutetrodo O que se observa eacute que os niacuteveis de ruiacutedo ao longo do tempo variam entre
185 microV ateacute 2 microV o que equivale a uma variaccedilatildeo maacutexima de 015 microV tanto para os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees como para o eleacutetrodo de AgAgCl no respetivo gel hidratante Observa-se
ainda que aleacutem das pequenas variaccedilotildees ao longo do tempo o desvio padratildeo para todas as soluccedilotildees eacute
muito semelhante sugerindo que natildeo haacute diferenccedilas significativas a niacutevel das soluccedilotildees implementadas
Eacute ainda de salientar que natildeo se observa nenhuma evoluccedilatildeo de ruiacutedo ao longo do tempo o que sugere
uma estabilizaccedilatildeo do sistema muito raacutepida A segunda anaacutelise no domiacutenio temporal corresponde ao
declive meacutedio (Figura 19 (b)) foi realizada recorrendo agrave primeira derivada do sinal em DC obtido a
cada 30 segundos Deste graacutefico eacute possiacutevel retirar informaccedilatildeo referente agrave deriva do potencial e ao
tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema Assim recorrendo agrave sua visualizaccedilatildeo observa-se que a
estabilizaccedilatildeo eacute feita de forma semelhante para todas as soluccedilotildees Contudo a soluccedilatildeo 3 apresenta
menos variaccedilotildees ao longo do tempo valores mais proacuteximos de zero e maior reprodutibilidade entre
ensaios Finalmente o teste de controlo efetuado com os eleacutetrodos comerciais de AgAgCl no gel
aparentam ser ligeiramente menos estaacuteveis contudo os valores se encontram na mesma gama de
tensotildees
33
33
Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Para concluir realizou-se uma anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias para isso recorreu-se ao
graacutefico da densidade espectral de tensatildeo (Figura 20) Nele observa-se que os resultados do ruiacutedo do
sinal aumentam com a diminuiccedilatildeo das frequecircncias numa proporccedilatildeo 119903119906iacute119889119900 ~ 1 119891119903119890119902119906ecirc119899119888119894119886frasl
confirmando os estudos feitos por E Huigen em 2002 [20] No entanto estes tendem a estabilizar a
partir dos 10 Hz em valores proacuteximos dos -238 dB Eacute de referir que a para frequecircncias elevadas o
sinal de ruiacutedo eacute determinado pelo ruiacutedo do amplificador e natildeo pelo ruiacutedo da interface metal-eletroacutelito
uma vez que este eacute significativamente menor do que o ruiacutedo do amplificador impedindo assim a sua
mediccedilatildeo mesmo com equipamentos de baixo ruiacutedo [20]
34
34
Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
35
35
a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
36
36
Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
37
37
Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
38
38
Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
39
39
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
40
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
41
41
Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
42
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Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
43
43
Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
45
45
Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
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Referecircncias
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Anexos
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onde k representa a constante de Boltzmann em JK T a temperatura da resistecircncia em K B
a banda equivalente de ruiacutedo e R o valor da resistecircncia em Ohm
Para o caacutelculo da banda equivalente de ruiacutedo considera-se que o sistema tem uma funccedilatildeo de
transferecircncia do tipo 1198810
119881119894frasl = 119860(119895119891) e estaacute sujeito a uma entrada de ruiacutedo de PSD 119878119881119894
Deste modo
obtemos que o valor meacutedio da tensatildeo de ruiacutedo na saiacuteda para um amplificador seraacute
1198811198990
2 = int 119878119881119894 |A(jf)|2 partfinfin
0
( 6 )
Sendo |119860(119895119891)| usualmente uma funccedilatildeo do tipo
Figura 9 Funccedilatildeo de um filtro passa-baixos |119912(119947119943)|
Uma vez que as regiotildees sombreadas satildeo iguais pode-se simplificar o caacutelculo atraveacutes da aacuterea
de um retacircngulo com a mesma aacuterea que o quadrado da funccedilatildeo de transferecircncia Temos entatildeo que a
banda equivalente eacute dada por
B=1
|A0|2int |A(jf)|2 partf
infin
0
( 7 )
Outro tipo de ruiacutedo presente nos equipamentos eletroacutenicos que eacute interessante estudar eacute o
ruiacutedo ldquoshotrdquo ou ruiacutedo de corrente (Ish) que como o nome indica estaacute associado agrave corrente DC que
flui atraveacutes de uma barreira de potencial e pode ser representado por
Ish= radic2∙q∙IDc∙B ( 8 )
Onde q representa a carga eletroacutenica em coulomb e IDC a corrente contiacutenua meacutedia em ampere
Finalmente outro tipo de ruiacutedo a estudar seraacute o ruiacutedo 1f ldquoflickerrdquo ou ruiacutedo de contacto (If)
que ocorre devido agraves diferenccedilas nos niacuteveis de energia eleacutetricos quando existe um contato imperfeito
entre dois materiais Este tipo de ruiacutedo pode ser calculado atraveacutes de
119868119891 = 119870 ∙ 119868119863119888 ∙ radic119861
radic119891 ( 9 )
Onde K eacute um valor constante que depende do material e da geometria
A baixas frequecircncias este ruiacutedo eacute chamado de ruiacutedo ldquo1frdquo devido agrave tendecircncia caracteriacutestica
de decrescimento com a frequecircncia Eacute importante notar que a magnitude do ruido ldquoflickerrdquo pode ser
17
17
muito grande para pequenas frequecircncias o que leva a que seja a forma de ruiacutedo predominante em
circuitos de baixa frequecircncia
Considerando o ruiacutedo total como adiccedilatildeo das contribuiccedilotildees dos vaacuterios tipos de ruiacutedo na
configuraccedilatildeo eleacutetrica adotada para um amplificador pode-se considerar que o ruiacutedo na entrada segue
a representaccedilatildeo da Figura 10 da qual eacute possiacutevel retirar que
1198681198992 =
1198811198991199052 minus 119881119899
2 minus 1198811199052
1198771199042 ( 10 )
Na praacutetica In pode ser calculado atraveacutes da PSD do ruiacutedo total obtido com uma resistecircncia
elevada de modo a que 1198811198990≫ 119860radic119881119899
2 ∙ 1198811199052 e que Vn eacute a PSD do sistema com a entrada em curto circuito
Figura 10 Circuito representativo dos componentes do ruiacutedo do amplificador na entrada segundo o modelo Vn-In
No corpo humano a captaccedilatildeo dos biopotenciais no escalpe estaacute sujeita agrave presenccedila de ruiacutedo
eleacutetrico intriacutenseco indesejado na interface eleacutetrodogelpele que faz com que o processo de deteccedilatildeo
e anaacutelise dos sinais bioloacutegicos reais seja mais complicado Eacute necessaacuterio por isso caracterizar e
conhecer a magnitude e origem destas flutuaccedilotildees de modo a caraterizar a qualidade dos eleacutetrodos
desenvolvidos
O ruiacutedo eleacutetrodo-pele pode estar ligado agrave interface entre o eleacutetrodo e o eletroacutelito ou entatildeo
agrave interface eletroacutelito-pele No primeiro caso esta situaccedilatildeo pode ser mensurada atraveacutes da colocaccedilatildeo
de eleacutetrodos do mesmo tipo um contra o outro Por outro lado o ruiacutedo produzido pela interface
eletroacutelito-pele deve ser mensurado de uma forma indireta atraveacutes do contacto direto entre o eleacutetrodo
e a pele Nesta situaccedilatildeo o ruiacutedo eacute tipicamente mais elevado do que o que se obteacutem na interface
eleacutetrodo-eletroacutelito [3] Uma vez que os resultados obtidos nestes ensaios dependem diretamente do
estado da pele eacute importante garantir um tratamento preacutevio adequado
18
18
261 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio do tempo RMS e Deriva do potencial
A raiz do valor quadraacutetico meacutedio RMS (do inglecircs root mean square) ou valor eficaz eacute uma
medida estatiacutestica da magnitude de uma quantidade variaacutevel que pode ser calculada atraveacutes da
expressatildeo
120600119877119872119878 = radic1
119873 sum120600119894
2
119873
119894=1
= radic1206001
2 + 12060022 + ⋯+ 120600119873
2
119873 ( 11 )
Nos sinais a estudar satildeo calculados os valores RMS da parte alternada do sinal em intervalos
de tempo sucessivos Destes valores eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees acerca da evoluccedilatildeo temporal do
sinal assim como a quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo
Por outro lado a deriva do potencial eacute calculada recorrendo agrave primeira derivada do sinal nos
diferentes pontos pela componente contiacutenua do sinal sendo portanto de natureza lenta Eacute possiacutevel
por isso analisar a deriva do potencial e o tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema atraveacutes do recurso desde
caacutelculo
262 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio das frequecircncias Densidade espectral
A densidade espectral de potecircncia PSD eacute definida pela transformada de Fourier da funccedilatildeo
de autocorrelaccedilatildeo (Rxx (120591)) de um processo estacionaacuterio ou seja
Teorema de Wiener-Khintchine 119878119909(119891) = F[Rxx(120591)]= int Rxx(120591)119890minus 1198952120587119891120591119889120591infin
minusinfin
( 12 )
Por outras palavras a PSD descreve a distribuiccedilatildeo da variacircncia de um processo aleatoacuterio no
domiacutenio da frequecircncia [27][28]
No Matlab esta estimaccedilatildeo eacute feita atraveacutes da funccedilatildeo pwelch jaacute implementada esta segue o
meacutetodo Welch para o caacutelculo da PSD Este meacutetodo eacute baseado no conceito de utilizaccedilatildeo de
periodogramas de estimaccedilatildeo espectral que satildeo o resultado da conversatildeo de um sinal no domiacutenio
temporal para o domiacutenio da frequecircncia [29] Para isso o meacutetodo Welch segue o fundamento do
meacutetodo Bartlett contudo permite a sobreposiccedilatildeo de segmentos [30]
O meacutetodo Bartlett consiste primeiramente na divisatildeo do segmento original de N amostras em
K segmentos de comprimento M Para cada segmento eacute obtido o periodograma calculado atraveacutes da
transformada discreta de Fourier de seguida eacute calculado o quadrado do resultado e dividido por M
Finalmente eacute feita a meacutedia do resultado dos periodogramas para todos os segmentos de K amostras
resultando num uacutenico vetor de potenciais em funccedilatildeo da frequecircncia Ou seja a reparticcedilatildeo da potecircncia
ao longo do espetro [28]
19
19
27 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo da impedacircncia
Um sistema eletroquiacutemico eacute aquele onde haacute a presenccedila de pelo menos uma fase condutora
eletroacutenica (eleacutetrodo) em contato direto com uma fase condutora ioacutenica (eletroacutelito) as quais originam
a interface eleacutetrodo-eletroacutelito onde se forma duma dupla camada eleacutetrica
A mediccedilatildeo da impedacircncia eletroquiacutemica em modo potenciostaacutetico eacute feita atraveacutes da
aplicaccedilatildeo de um sinal de potencial eleacutetrico sinusoidal 119881(119905) com cerca de 5 a 20 mV numa ceacutelula
eletroquiacutemica Satildeo medidas a resposta na forma de corrente eleacutetrica 119868(119905) e diferenccedila de fase entre
o sinal de potencial e o sinal da corrente [31] Ao medir a corrente alternada que atravessa a ceacutelula
eletroquiacutemica obtemos a impedacircncia Z da forma convencional 119885 = 119881119868 [32] Refira-se que a obtenccedilatildeo
da impedacircncia pode igualmente ser feita impondo uma perturbaccedilatildeo de corrente e medindo o
potencial A impedacircncia do eleacutetrodo reflete entatildeo a capacidade do eleacutetrodo para transferir carga a
determinada frequecircncia [32][33]
Deste modo tem-se se os valores da tensatildeo alternada V(t) e da intensidade I(t) forem
representados por
V(t)=V0∙ cos ωt
( 13 )
I(t)=I0∙ cos (ωt+φ) ( 14 )
No qual V0 representa a amplitude de pico do sinal 120596 a frequecircncia angular (120596 = 2120587119891) I0 a
amplitude do sinal de corrente e 120593 a diferenccedila de fase entre os dois sinais
Pela equaccedilatildeo de Euler
eiφ= cos φ +j sin φ ( 15 )
temos entatildeo que se φ=120596119905
V(t)= V0∙Re(ejωt) ( 16 )
representando essa tensatildeo alternada como uma parte real de uma grandeza complexa
temos que V(t) eacute equivalente a
V(t)=V0∙Re(119888119900119904120596119905 + 119895 ∙ 119904119894119899 120596119905) ( 17 )
Por outro lado atendendo agrave Equaccedilatildeo de Euler acima descrita a corrente eleacutetrica gerada
por um elemento de circuito em resposta a uma tensatildeo alternada pode ser escrita como
I(t)=I0∙Re(119890(120596119905+120593))
( 18 )
Deste modo a impedacircncia fica
Z(ω)=Z0∙ejφ
( 19 )
e aplicando a equaccedilatildeo de Euler
Z(ω)=Z ( cos φ + j sin φ ) ( 20 )
20
20
Obtemos uma equaccedilatildeo composta de uma parte real e uma parte imaginaacuteria possibilitando
assim a sua representaccedilatildeo num plano cartesiano onde a parte real corresponderaacute ao eixo das abcissas
e a parte imaginaria ao eixo das ordenadas (Diagrama de Nyquist)
Pode-se tambeacutem representar a impedacircncia como um vetor no plano complexo
Z (ω)=Re[Z(ω)]i +Im[Z(ω)]j ( 21 )
E se Z0 for o moacutedulo da impedacircncia a parte real de 119885(120596) escreve-se
Z=Z0∙ cos φ
( 22 )
sendo a parte imaginaacuteria representada por
Z=Z0∙ sin φ
( 23 )
que segundo a representaccedilatildeo de Fresnel corresponde a
Z(ω)=Z+ j Z
( 24 )
ou seja
1198850=|Z(ω)|=radicZ2+ Z
2 ( 25 )
e
tan φ = Z
Zfrasl ( 26 )
Os diagramas de Nyquist satildeo uacuteteis para reconhecer o tipo de processo envolvido Os diagramas
de Bode por outro lado mostram a dependecircncia direta do acircngulo de fase com a frequecircncia Este
uacuteltimo eacute particularmente interessante em escalas de frequecircncia muito diferentes uma vez que eacute
frequentemente representado atraveacutes da escala logariacutetmica portanto os resultados nos capiacutetulos
subsequentes seratildeo apresentados neste formato
21
21
A teacutecnica de Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica (do inglecircs Electrochemical
Impedance Spectroscopy - EIS) fornece uma visatildeo completa e detalhada das caracteriacutesticas eleacutetricas
da interface eleacutetrodo-eletroacutelito quando efetuada
numa gama suficientemente largada de frequecircncias
Na Figura 11 estaacute representado um esquema da
montagem experimental para mediccedilatildeo da
impedacircncia As reaccedilotildees eletroquiacutemicas satildeo em
essecircncia reaccedilotildees quiacutemicas em que ocorrem
transferecircncia de eletrotildees para um eleacutetrodo e como
regra ocorrem de acordo com princiacutepios quiacutemicos
gerais Haacute contudo certas caracteriacutesticas das
reaccedilotildees eletroquiacutemicas que satildeo uacutenicas Algumas
delas envolvem a transferecircncia de eletrotildees atraveacutes
de uma interface (reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo) o
que acarreta uma dependecircncia com as dimensotildees e
aacuterea do eleacutetrodo assim como tambeacutem das
propriedades da interface com o eleacutetrodo
Eacute habitual que os eleacutetrodos de AgAgCl apresentem potenciais relativamente baixos e
estaacuteveis Portanto a deposiccedilatildeo da camada de AgCl estabilizaraacute o potencial do eleacutetrodo e reduziraacute os
niacuteveis de impedacircncia Eacute de salientar que impedacircncias aceitaacuteveis para os eleacutetrodos de superfiacutecie devem
encontrar-se abaixo dos 5 k uma vez que quanto maior a impedacircncia maior seraacute a resistecircncia do
eleacutetrodo agrave passagem de corrente No entanto valores de 10 k ou mesmo 40 K ainda satildeo
considerados aceitaacuteveis dependendo dos autores [34][35]
Figura 11 Esquema representativo do ensaio potenciostaacutetico para mediccedilatildeo da impedacircncia
22
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Capiacutetulo 3 Materiais e meacutetodos
Materiais e meacutetodos
31 Preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes
Na preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes dissolveu-se cloreto de soacutedio (NaCl) em aacutegua
adicionando de seguida um tensioativo (tweencopy-80) e um humectante (propilenoglicol) As
concentraccedilotildees destes componentes variaram nas 3 soluccedilotildees conforme referido na Tabela 2 Conveacutem
referir que cada componente foi dissolvido em constante e contiacutenua agitaccedilatildeo numa placa de
agitaccedilatildeo tendo-se misturado primeiro o propilenogicol com o tweencopy e soacute depois com os restantes
compostos
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas
COMPONENTE INFORMACcedilAtildeO DO COMPONENTE SOLUCcedilAtildeO
1 2 3
NaCl (mV) VWR-BDH Prolabo Lote 27810295
09 09 09
Tweencopy-80 (VV) Acofarma
Lote 130287 3 3 5
Propilenoglicol(VV) Acofarma
Lote 131337 10 30 30
Aacutegua (VV) - qbp 100 qbp 100 qbp 100
A biocompatibilidade das mateacuterias-primas empregues para a obtenccedilatildeo das soluccedilotildees torna este
novo conceito de eleacutetrodo uma alternativa promissora para utilizaccedilatildeo cliacutenica Esta biocompatibilidade
estaacute inversamente relacionada com a concentraccedilatildeo de cloretos de soacutedio ou seja quanto menor a
concentraccedilatildeo tanto maior a biocompatibilidade das soluccedilotildees Por esse motivo as soluccedilotildees
desenvolvidas contavam com pequenas concentraccedilotildees de sais de modo a ser o mais semelhante
possiacutevel aos componentes ioacutenicos da proacutepria pele humana
24
24
32 Produccedilatildeo dos novos eleacutetrodos
321 Produccedilatildeo da estrutura porosa de policarbonato
A produccedilatildeo da estrutura porosa (wicks) foi realizada atraveacutes da sinterizaccedilatildeo de poacutes de
policarbonato (PC)
No que diz respeito ao processo de fabrico propriamente
dito o primeiro passo consistiu na moagem da mateacuteria-prima
(policarbonato) de seguida estas partiacuteculas foram sinterizadas
atraveacutes de um equipamento designado por cilindro de sinterizaccedilatildeo
Este cilindro foi aquecido a uma temperatura de asymp170degC e atingida
esta gama de temperaturas colocaram-se as partiacuteculas no molde
ldquoWickrdquo com as dimensotildees apresentadas na Figura 12 que se
encontrava dentro do cilindro central Procedeu-se
imediatamente ao encaixe do pistatildeo no cilindro central Para
finalizar mergulhou-se em aacutegua fria o cilindro central contendo o
molde deixando de seguida secar agrave temperatura ambiente [36]
322 Preparaccedilatildeo dos eleacutetrodos de pratacloreto de prata
Para a deposiccedilatildeo da camada de cloreto de prata nos fios de prata recorreu-se a uma teacutecnica
de deposiccedilatildeo quiacutemica Para isso os fios de prata (Ag) (diacircmetro = 250 miacutecron 9999 Goodfellow
Cambridge) foram oxidados com uma soluccedilatildeo de cloreto de ferro (III) (MERCK Lote 7705-08-0) apoacutes
um preacute-tratamento que permitiu a remoccedilatildeo de impurezas e sujidades presentes na superfiacutecie dos fios
Este preacute-tratamento consistiu na limpeza da superfiacutecie dos fios com 2-propanol e posterior imersatildeo
dos mesmos numa tina de ultrassons com 2-propanol durante 10 minutos De seguida mergulharam-
se os fios de prata em aacutegua destilada de forma a remover todo o 2-propanol presente Finalmente
o processo de oxidaccedilatildeo consistiu em submergir os fios de prata numa soluccedilatildeo aquosa de FeCl3 50 mM
durante 2 minutos ao finalizar este periacuteodo foram armazenados durante 24h num recipiente revestido
com folha de alumiacutenio que possuiacutea uma soluccedilatildeo de HCl 01M para estabilizaccedilatildeo Os fios que natildeo foram
utilizados imediatamente foram armazenados num recipiente revestido com folha de alumiacutenio com
uma soluccedilatildeo de HCl 0005M O comprimento de cada fio de prata eacute aproximadamente de 8 cm
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato
25
25
323 Montagem dos eleacutetrodos
Apoacutes o fabrico da estrutura porosa e da preparaccedilatildeo dos
fios de prata procedeu-se agrave montagem dos eleacutetrodos para isso
cortaram-se pequenas porccedilotildees de uma esponja em poliuretano
com configuraccedilatildeo ciliacutendrica e um diacircmetro semelhante ao da
parte superior da estrutura porosa De seguida atravessou-se esta
esponja com o fio de prata e inseriu-se o conjunto ldquoesponja +
arame de pratardquo dentro de um orifiacutecio superior que a estrutura
porosa possui Finalmente incorporou-se esta estrutura dentro de
um tubo de PVC de modo a atingir a configuraccedilatildeo apresentada na
Figura 13
33 Preparaccedilatildeo dos ensaios
Antes do iniacutecio dos ensaios os eleacutetrodos foram previamente lavados com 2-propanol e
colocados na estufa de modo a evaporar os resiacuteduos do aacutelcool Posteriormente foi aplicada a soluccedilatildeo
hidratante que se pretendia estudar de modo a que a esponja ficasse completamente embebida Desta
forma por uma parte os novos eleacutetrodos em estudo foram testados recorrendo agraves soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 e por outra os eleacutetrodos que serviram como controlo (eleacutetrodo de AgAgCl
(BIO EASYCAP GmbH Alemanha)) utilizaram o gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) Foram tambeacutem utilizados eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) como referecircncia
Para os estudos eletroquiacutemicos incorporaram-se os eleacutetrodos numa montagem constituiacuteda por
um potenciostatogalvanostato Gamry G-300 (Gamry Instruments USA) De modo a diminuir o ruiacutedo
eletroacutenico os ensaios foram todos realizados dentro de uma Gaiola de Faraday Eacute importante referir
que uma vez o nosso sistema de aquisiccedilatildeo de dados era ldquoearth groundedrdquo seguiu-se a sugestatildeo da
bula do Gamry e optou-se unicamente por ligar o ldquofloating groundrdquo agrave gaiola
34 Condiccedilotildees dos ensaios
A primeira parte do trabalho foi desenvolvida laquoIn vitroraquo com eleacutetrodos multipino foi feito
entatildeo um estudo do ruido eletroquiacutemico entre eleacutetrodos do mesmo tipo nas diferentes soluccedilotildees
referidas na Tabela 2 De seguida realizou-se um estudo das impedacircncias dos novos eleacutetrodos nas
diferentes soluccedilotildees seguidos por um estudo de controlo realizado nas mesmas condiccedilotildees com o
eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente e o correspondente gel hidratante Estes ensaios foram
reproduzidos 3 vezes uma vez que em estudos anteriores jaacute se tinha verificado uma boa
reprodutibilidade dos ensaios
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios
26
26
Na segunda fase dos estudos realizou-se uma avaliaccedilatildeo do ruido da impedacircncia vs frequecircncia
laquoIn vivoraquo com as diferentes soluccedilotildees Estes ensaios foram realizados em 8 voluntaacuterios saudaacuteveis 6 do
sexo feminino e 2 do masculino Deste modo consegue-se escolher uma soluccedilatildeo para avanccedilar ao
estaacutegio seguinte que consistia na mediccedilatildeo e comparaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos obtidos tanto
com os eleacutetrodos de controlo como com os eleacutetrodos multipino porosos com a soluccedilatildeo hidratante mais
adequada Os resultados foram obtidos com a participaccedilatildeo de 2 voluntaacuterios saudaacuteveis de ambos sexos
341 Ensaios laquoIn vitroraquo
3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito
Nos ensaios de ruiacutedo eletroquiacutemico apenas foram utilizados eleacutetrodos multipino porosos
Fig14 (b) sendo um ligado ao terminal do eleacutetrodo de trabalho e o outro ao terminal do eleacutetrodo de
referecircncia A distacircncia entre os eleacutetrodos foi controlada durante o decorrer dos ensaios optando-se
por uma distacircncia de 3 cm entre os dois eleacutetrodos Foi tambeacutem realizada uma montagem de controlo
nas mesmas condiccedilotildees contudo esta era constituiacuteda por dois eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel
Electro-Cap International Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA)
Estabelecida a montagem do sistema eletroacutenico procedeu-se agrave mediccedilatildeo do ruiacutedo eleacutetrico em
circuito aberto para isso recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software ldquoESA410 Data Acquisitionrdquo da Gamry
um software projetado especificamente para a aquisiccedilatildeo e anaacutelise de sinais de ruiacutedo eletroquiacutemico
[37] Para aquisiccedilatildeo dos dados o ESA410trade associa-se ao potenciostato Gamry que faz aquisiccedilatildeo dos
dados em modo potenciostaacutetico a recolha dos dados eacute feita em circuito aberto O teste para cada
eleacutetrodo foi realizado ao longo de 12 minutos com uma taxa de amostragem constante de 1000 Hz
ao longo de todo o teste e um filtro de 10 A frequecircncia de amostragem foi escolhida tendo em conta
o Teorema de Nyquist que afirma que a frequecircncia de amostragem de um sinal analoacutegico para que
possa posteriormente ser reconstituiacutedo com o miacutenimo de perda de informaccedilatildeo deve ser igual ou maior
a duas vezes a maior frequecircncia do espectro desse sinal 119861 le119891119904
2 Por outras palavras a frequecircncia
maacutexima do sinal de entrada deveraacute ser menor ou igual a metade da taxa de amostragem [38] Para
que isto seja conseguido o sistema incorpora um filtro passa-baixo ldquoanti-aliasrdquo (deixa passar baixas
frequecircncias mas atenua as frequecircncias maiores do que a frequecircncia de Nyquist) [39]
3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito
Na montagem eletroacutenica dos ensaios de impedacircncia o contra eleacutetrodo era representado por
um eleacutetrodo comercial de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) o eleacutetrodo de trabalho um
eleacutetrodo poroso multipino (cada ensaio com as suas diferentes soluccedilotildees) e o eleacutetrodo de referecircncia
um eleacutetrodo de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) Fig14 (a) Optou-se tambeacutem pela
27
27
implementaccedilatildeo de um controlo com eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap International
Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap International Inc USA)
A obtenccedilatildeo dos dados eacute feita atraveacutes da teacutecnica de espectroscopia de impedacircncia
eletroquiacutemica em modo potenciostaacuteticordquo presente no software EIS300TM da Gamry neste modo de
funcionamento eacute aquirido um espectro de impedacircncia ao longo do intervalo de frequecircncias de 10 kHz
ateacute 01 Hz com uma tensatildeo AC aplicada (5 mV RMS) da tensatildeo de desvio DC (0 V vs circuito aberto)
e representados 3 pontos por deacutecada
(a) (b)
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo
342 Ensaios laquoIn vivoraquo
3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele
De modo a mensurar o ruiacutedo
causado pela interface entre o eletroacutelito e
a pele procedeu-se agrave montagem de um
sistema semelhante ao utilizado nos
ensaios do ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito dentro
de uma gaiola de Faraday contudo estes
ensaios foram realizados laquoIn vivoraquo
procedendo-se agrave colocaccedilatildeo dos dois
eleacutetrodos na zona anterior da tiacutebia com
um espaccedilo entre eles de 3 cm (Figura 15)
apoacutes a superfiacutecie da pele ter sido limpa
com etanol a 70
A montagem contava com um sistema de seguranccedila inserido em seacuterie no sistema de mediccedilatildeo
e que corta a corrente se esta for superior a 100 microA
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
28
28
A mediccedilatildeo do ruido foi feita tendo em conta o tipo de eleacutetrodo tendo-se para isso optado por
fazer as mediccedilotildees com eleacutetrodos do mesmo tipo ou seja num primeiro ensaio mensurou-se o ruido
entre 2 eleacutetrodos de pratacloreto de prata com o respetivo gel hidratante e numa segunda
abordagem optou-se por mensurar o ruido entre dois dos eleacutetrodos porosos com as diferentes soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 Contudo foi controlada a pressatildeo da banda que fixava os eleacutetrodos porosos
agrave tiacutebia sendo estipulado o valor da pressatildeo no intervalo de 15N a 2N
Neste ensaio o primeiro eleacutetrodo encontra-se ligado aos terminais dos eleacutetrodos de trabalho
o segundo ao terminal da referecircncia e o cabo do ground foi ligado agrave gaiola
Os paracircmetros dos ensaios foram os mesmos que os utilizados para a mediccedilatildeo do ruido
eleacutetrodo-eletroacutelito apresentados na secccedilatildeo 3411 contudo o tempo de aquisiccedilatildeo de sinal foi
reduzido a 5 minutos de modo a minorar o tempo de exposiccedilatildeo dos voluntaacuterios aos exames
3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele
laquoIn vivoraquo estes ensaios foram feitos logo
apoacutes a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico portanto a
superfiacutecie da pele se encontrava limpa e a
colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos obedecia agrave regra dos 3 cm
de distacircncia entre eleacutetrodos e 15-2N de pressatildeo
Para a mediccedilatildeo da impedacircncia eacute utilizada uma
configuraccedilatildeo diferente como referido no capitulo
33 Satildeo portanto utilizados 2 eleacutetrodos
comerciais de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH
Alemanha) um como referecircncia e outro como
contra eleacutetrodo e o eleacutetrodo em estudo
propiamente dito seja este o comercial (controlo)
ou o novo eleacutetrodo (Figura 16)
Os resultados obtidos para as diferentes
frequecircncias aleacutem de poderem ser representados
pelo diagrama de Nyquist como referido anteriormente podem tambeacutem ser representados num
Diagrama de Bode Neste diagrama a distribuiccedilatildeo dos valores de impedacircncia por vaacuterias ordens de
grandeza eacute representada em coordenadas polares (magnitude log|119885| em funccedilatildeo de log120596 )
3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos primariamente limpou-se a superfiacutecie do
escalpe com aacutelcool a 70 de modo a minimizar a camada gordurosa da pele De seguida procedeu-se
agrave colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos Foram colocados dois eleacutetrodos de AgAgCl (comerciais) um de forma a
servir como controlo (posiccedilatildeo O2) e outro em curto-circuito com o ground e a referecircncia (posiccedilatildeo
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino
durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia
29
29
Fp2) O eleacutetrodo poroso em estudo colocou-se a cerca de 3 cm do eleacutetrodo de AgAgCl posiccedilatildeo O2
de modo a captar o mesmo sinal que o obtido pelo eleacutetrodo de controlo (Figura 17)
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos
35 Implementaccedilatildeo em Matlab
Apoacutes a importaccedilatildeo do ficheiro obtido nos ensaios de ruiacutedo para o Matlab foi criado um filtro
Butterworth de ordem 20 de 05 ateacute 40 Hz atraveacutes da funccedilatildeo jaacute implementada pelo Matlab
ldquofdesignbandpassrdquo De seguida eacute aplicado o filtro duas vezes A primeira desde o primeiro ponto ateacute
o uacuteltimo e o segundo na ordem inversa Deste modo consegue-se natildeo soacute uma filtragem dupla mas
tambeacutem o cancelamento da fase dos filtros Assim efetivamente o filtro utilizado eacute de ordem 40 de
fase nula
De seguida eacute dividido o ensaio em segmentos de 30 segundos rejeitando os primeiros 10
segundos do ensaio Para cada segmento natildeo sobreposto eacute calculado o valor RMS da tensatildeo a
densidade espectral de potecircncia atraveacutes da estimaccedilatildeo pwelch do Matlab e o declive meacutedio (primeira
derivada do sinal) Contudo no final eacute calculada tambeacutem a densidade espectral de potecircncia global
que eacute expressa em dB
30
30
31
31
Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos
Resultados obtidos e discussatildeo
41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo
411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos
eleacutetrodos
Neste estudo eacute de extrema relevacircncia a eleiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante a utilizar Para isso
recorreu-se agrave realizaccedilatildeo de vaacuterios ensaios que possibilitassem uma avaliaccedilatildeo objetiva da resposta do
sistema Efetuou-se entatildeo primeiro uma anaacutelise do ruiacutedo ao longo de 12 minutos com os eleacutetrodos
multipino nas diferentes soluccedilotildees (um medido contra o outro) e a respetiva referecircncia de seguida
realizou-se um ensaio para mensurar a resistecircncia agrave passagem de corrente com os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees e a respetiva referecircncia
Assim sendo a Figura 18 revela a impedacircncia dos eleacutetrodos nas diferentes soluccedilotildees testadas
Nesta pode-se observar que a soluccedilatildeo 1 apresenta niacuteveis de impedacircncia ligeiramente mais baixos que
as restantes soluccedilotildees Contudo os seus niacuteveis encontram-se uma deacutecada acima dos valores obtidos
pelo eleacutetrodo e AgAgCl utilizado comercialmente com o respetivo gel hidratante Observa-se ainda
que os desvios padratildeo satildeo tatildeo baixos que quase natildeo satildeo percetiacuteveis o que significa que os ensaios satildeo
bastante reprodutiacuteveis Eacute tambeacutem importante notar que ao longo de todas as frequecircncias testadas
os valores de impedacircncia aleacutem de se encontrarem todos abaixo dos valores maacuteximos permitidos (20-
40 k) [35] encontram-se ainda abaixo dos 5 k referidos como valores de impedacircncia ideal por vaacuterios
fornecedores [40][41] o que eacute de extrema relevacircncia nos passos subsequentes de aquisiccedilatildeo do sinal
uma vez que eacute indispensaacutevel ter baixos niacuteveis de impedacircncia para conseguir captar ondas cerebrais
32
32
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Foram ainda feitas mediccedilotildees de ruiacutedo nas mesmas condiccedilotildees Realizando-se de seguida uma
anaacutelise no domiacutenio temporal e outra no domiacutenio das frequecircncias Para isso como foi referido no
capitulo 35 recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software Matlab A primeira anaacutelise eacute feita no domiacutenio
temporal (Figura 19 (a)) sob a forma de um graacutefico da tensatildeo meacutedia (RMS) em funccedilatildeo do tempo que
eacute obtida apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa-alto de modo a retirar a componente DC do sinal e assim
obter um sinal de ruiacutedo para altas frequecircncias que seraacute representado em periacuteodos de 30 segundos
Deste modo eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees da quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo de
estabilizaccedilatildeo do eleacutetrodo O que se observa eacute que os niacuteveis de ruiacutedo ao longo do tempo variam entre
185 microV ateacute 2 microV o que equivale a uma variaccedilatildeo maacutexima de 015 microV tanto para os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees como para o eleacutetrodo de AgAgCl no respetivo gel hidratante Observa-se
ainda que aleacutem das pequenas variaccedilotildees ao longo do tempo o desvio padratildeo para todas as soluccedilotildees eacute
muito semelhante sugerindo que natildeo haacute diferenccedilas significativas a niacutevel das soluccedilotildees implementadas
Eacute ainda de salientar que natildeo se observa nenhuma evoluccedilatildeo de ruiacutedo ao longo do tempo o que sugere
uma estabilizaccedilatildeo do sistema muito raacutepida A segunda anaacutelise no domiacutenio temporal corresponde ao
declive meacutedio (Figura 19 (b)) foi realizada recorrendo agrave primeira derivada do sinal em DC obtido a
cada 30 segundos Deste graacutefico eacute possiacutevel retirar informaccedilatildeo referente agrave deriva do potencial e ao
tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema Assim recorrendo agrave sua visualizaccedilatildeo observa-se que a
estabilizaccedilatildeo eacute feita de forma semelhante para todas as soluccedilotildees Contudo a soluccedilatildeo 3 apresenta
menos variaccedilotildees ao longo do tempo valores mais proacuteximos de zero e maior reprodutibilidade entre
ensaios Finalmente o teste de controlo efetuado com os eleacutetrodos comerciais de AgAgCl no gel
aparentam ser ligeiramente menos estaacuteveis contudo os valores se encontram na mesma gama de
tensotildees
33
33
Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Para concluir realizou-se uma anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias para isso recorreu-se ao
graacutefico da densidade espectral de tensatildeo (Figura 20) Nele observa-se que os resultados do ruiacutedo do
sinal aumentam com a diminuiccedilatildeo das frequecircncias numa proporccedilatildeo 119903119906iacute119889119900 ~ 1 119891119903119890119902119906ecirc119899119888119894119886frasl
confirmando os estudos feitos por E Huigen em 2002 [20] No entanto estes tendem a estabilizar a
partir dos 10 Hz em valores proacuteximos dos -238 dB Eacute de referir que a para frequecircncias elevadas o
sinal de ruiacutedo eacute determinado pelo ruiacutedo do amplificador e natildeo pelo ruiacutedo da interface metal-eletroacutelito
uma vez que este eacute significativamente menor do que o ruiacutedo do amplificador impedindo assim a sua
mediccedilatildeo mesmo com equipamentos de baixo ruiacutedo [20]
34
34
Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
35
35
a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
36
36
Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
37
37
Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
38
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Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
39
39
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
40
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
41
41
Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
42
42
Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
43
43
Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
44
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VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
45
45
Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
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49
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Anexos
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muito grande para pequenas frequecircncias o que leva a que seja a forma de ruiacutedo predominante em
circuitos de baixa frequecircncia
Considerando o ruiacutedo total como adiccedilatildeo das contribuiccedilotildees dos vaacuterios tipos de ruiacutedo na
configuraccedilatildeo eleacutetrica adotada para um amplificador pode-se considerar que o ruiacutedo na entrada segue
a representaccedilatildeo da Figura 10 da qual eacute possiacutevel retirar que
1198681198992 =
1198811198991199052 minus 119881119899
2 minus 1198811199052
1198771199042 ( 10 )
Na praacutetica In pode ser calculado atraveacutes da PSD do ruiacutedo total obtido com uma resistecircncia
elevada de modo a que 1198811198990≫ 119860radic119881119899
2 ∙ 1198811199052 e que Vn eacute a PSD do sistema com a entrada em curto circuito
Figura 10 Circuito representativo dos componentes do ruiacutedo do amplificador na entrada segundo o modelo Vn-In
No corpo humano a captaccedilatildeo dos biopotenciais no escalpe estaacute sujeita agrave presenccedila de ruiacutedo
eleacutetrico intriacutenseco indesejado na interface eleacutetrodogelpele que faz com que o processo de deteccedilatildeo
e anaacutelise dos sinais bioloacutegicos reais seja mais complicado Eacute necessaacuterio por isso caracterizar e
conhecer a magnitude e origem destas flutuaccedilotildees de modo a caraterizar a qualidade dos eleacutetrodos
desenvolvidos
O ruiacutedo eleacutetrodo-pele pode estar ligado agrave interface entre o eleacutetrodo e o eletroacutelito ou entatildeo
agrave interface eletroacutelito-pele No primeiro caso esta situaccedilatildeo pode ser mensurada atraveacutes da colocaccedilatildeo
de eleacutetrodos do mesmo tipo um contra o outro Por outro lado o ruiacutedo produzido pela interface
eletroacutelito-pele deve ser mensurado de uma forma indireta atraveacutes do contacto direto entre o eleacutetrodo
e a pele Nesta situaccedilatildeo o ruiacutedo eacute tipicamente mais elevado do que o que se obteacutem na interface
eleacutetrodo-eletroacutelito [3] Uma vez que os resultados obtidos nestes ensaios dependem diretamente do
estado da pele eacute importante garantir um tratamento preacutevio adequado
18
18
261 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio do tempo RMS e Deriva do potencial
A raiz do valor quadraacutetico meacutedio RMS (do inglecircs root mean square) ou valor eficaz eacute uma
medida estatiacutestica da magnitude de uma quantidade variaacutevel que pode ser calculada atraveacutes da
expressatildeo
120600119877119872119878 = radic1
119873 sum120600119894
2
119873
119894=1
= radic1206001
2 + 12060022 + ⋯+ 120600119873
2
119873 ( 11 )
Nos sinais a estudar satildeo calculados os valores RMS da parte alternada do sinal em intervalos
de tempo sucessivos Destes valores eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees acerca da evoluccedilatildeo temporal do
sinal assim como a quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo
Por outro lado a deriva do potencial eacute calculada recorrendo agrave primeira derivada do sinal nos
diferentes pontos pela componente contiacutenua do sinal sendo portanto de natureza lenta Eacute possiacutevel
por isso analisar a deriva do potencial e o tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema atraveacutes do recurso desde
caacutelculo
262 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio das frequecircncias Densidade espectral
A densidade espectral de potecircncia PSD eacute definida pela transformada de Fourier da funccedilatildeo
de autocorrelaccedilatildeo (Rxx (120591)) de um processo estacionaacuterio ou seja
Teorema de Wiener-Khintchine 119878119909(119891) = F[Rxx(120591)]= int Rxx(120591)119890minus 1198952120587119891120591119889120591infin
minusinfin
( 12 )
Por outras palavras a PSD descreve a distribuiccedilatildeo da variacircncia de um processo aleatoacuterio no
domiacutenio da frequecircncia [27][28]
No Matlab esta estimaccedilatildeo eacute feita atraveacutes da funccedilatildeo pwelch jaacute implementada esta segue o
meacutetodo Welch para o caacutelculo da PSD Este meacutetodo eacute baseado no conceito de utilizaccedilatildeo de
periodogramas de estimaccedilatildeo espectral que satildeo o resultado da conversatildeo de um sinal no domiacutenio
temporal para o domiacutenio da frequecircncia [29] Para isso o meacutetodo Welch segue o fundamento do
meacutetodo Bartlett contudo permite a sobreposiccedilatildeo de segmentos [30]
O meacutetodo Bartlett consiste primeiramente na divisatildeo do segmento original de N amostras em
K segmentos de comprimento M Para cada segmento eacute obtido o periodograma calculado atraveacutes da
transformada discreta de Fourier de seguida eacute calculado o quadrado do resultado e dividido por M
Finalmente eacute feita a meacutedia do resultado dos periodogramas para todos os segmentos de K amostras
resultando num uacutenico vetor de potenciais em funccedilatildeo da frequecircncia Ou seja a reparticcedilatildeo da potecircncia
ao longo do espetro [28]
19
19
27 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo da impedacircncia
Um sistema eletroquiacutemico eacute aquele onde haacute a presenccedila de pelo menos uma fase condutora
eletroacutenica (eleacutetrodo) em contato direto com uma fase condutora ioacutenica (eletroacutelito) as quais originam
a interface eleacutetrodo-eletroacutelito onde se forma duma dupla camada eleacutetrica
A mediccedilatildeo da impedacircncia eletroquiacutemica em modo potenciostaacutetico eacute feita atraveacutes da
aplicaccedilatildeo de um sinal de potencial eleacutetrico sinusoidal 119881(119905) com cerca de 5 a 20 mV numa ceacutelula
eletroquiacutemica Satildeo medidas a resposta na forma de corrente eleacutetrica 119868(119905) e diferenccedila de fase entre
o sinal de potencial e o sinal da corrente [31] Ao medir a corrente alternada que atravessa a ceacutelula
eletroquiacutemica obtemos a impedacircncia Z da forma convencional 119885 = 119881119868 [32] Refira-se que a obtenccedilatildeo
da impedacircncia pode igualmente ser feita impondo uma perturbaccedilatildeo de corrente e medindo o
potencial A impedacircncia do eleacutetrodo reflete entatildeo a capacidade do eleacutetrodo para transferir carga a
determinada frequecircncia [32][33]
Deste modo tem-se se os valores da tensatildeo alternada V(t) e da intensidade I(t) forem
representados por
V(t)=V0∙ cos ωt
( 13 )
I(t)=I0∙ cos (ωt+φ) ( 14 )
No qual V0 representa a amplitude de pico do sinal 120596 a frequecircncia angular (120596 = 2120587119891) I0 a
amplitude do sinal de corrente e 120593 a diferenccedila de fase entre os dois sinais
Pela equaccedilatildeo de Euler
eiφ= cos φ +j sin φ ( 15 )
temos entatildeo que se φ=120596119905
V(t)= V0∙Re(ejωt) ( 16 )
representando essa tensatildeo alternada como uma parte real de uma grandeza complexa
temos que V(t) eacute equivalente a
V(t)=V0∙Re(119888119900119904120596119905 + 119895 ∙ 119904119894119899 120596119905) ( 17 )
Por outro lado atendendo agrave Equaccedilatildeo de Euler acima descrita a corrente eleacutetrica gerada
por um elemento de circuito em resposta a uma tensatildeo alternada pode ser escrita como
I(t)=I0∙Re(119890(120596119905+120593))
( 18 )
Deste modo a impedacircncia fica
Z(ω)=Z0∙ejφ
( 19 )
e aplicando a equaccedilatildeo de Euler
Z(ω)=Z ( cos φ + j sin φ ) ( 20 )
20
20
Obtemos uma equaccedilatildeo composta de uma parte real e uma parte imaginaacuteria possibilitando
assim a sua representaccedilatildeo num plano cartesiano onde a parte real corresponderaacute ao eixo das abcissas
e a parte imaginaria ao eixo das ordenadas (Diagrama de Nyquist)
Pode-se tambeacutem representar a impedacircncia como um vetor no plano complexo
Z (ω)=Re[Z(ω)]i +Im[Z(ω)]j ( 21 )
E se Z0 for o moacutedulo da impedacircncia a parte real de 119885(120596) escreve-se
Z=Z0∙ cos φ
( 22 )
sendo a parte imaginaacuteria representada por
Z=Z0∙ sin φ
( 23 )
que segundo a representaccedilatildeo de Fresnel corresponde a
Z(ω)=Z+ j Z
( 24 )
ou seja
1198850=|Z(ω)|=radicZ2+ Z
2 ( 25 )
e
tan φ = Z
Zfrasl ( 26 )
Os diagramas de Nyquist satildeo uacuteteis para reconhecer o tipo de processo envolvido Os diagramas
de Bode por outro lado mostram a dependecircncia direta do acircngulo de fase com a frequecircncia Este
uacuteltimo eacute particularmente interessante em escalas de frequecircncia muito diferentes uma vez que eacute
frequentemente representado atraveacutes da escala logariacutetmica portanto os resultados nos capiacutetulos
subsequentes seratildeo apresentados neste formato
21
21
A teacutecnica de Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica (do inglecircs Electrochemical
Impedance Spectroscopy - EIS) fornece uma visatildeo completa e detalhada das caracteriacutesticas eleacutetricas
da interface eleacutetrodo-eletroacutelito quando efetuada
numa gama suficientemente largada de frequecircncias
Na Figura 11 estaacute representado um esquema da
montagem experimental para mediccedilatildeo da
impedacircncia As reaccedilotildees eletroquiacutemicas satildeo em
essecircncia reaccedilotildees quiacutemicas em que ocorrem
transferecircncia de eletrotildees para um eleacutetrodo e como
regra ocorrem de acordo com princiacutepios quiacutemicos
gerais Haacute contudo certas caracteriacutesticas das
reaccedilotildees eletroquiacutemicas que satildeo uacutenicas Algumas
delas envolvem a transferecircncia de eletrotildees atraveacutes
de uma interface (reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo) o
que acarreta uma dependecircncia com as dimensotildees e
aacuterea do eleacutetrodo assim como tambeacutem das
propriedades da interface com o eleacutetrodo
Eacute habitual que os eleacutetrodos de AgAgCl apresentem potenciais relativamente baixos e
estaacuteveis Portanto a deposiccedilatildeo da camada de AgCl estabilizaraacute o potencial do eleacutetrodo e reduziraacute os
niacuteveis de impedacircncia Eacute de salientar que impedacircncias aceitaacuteveis para os eleacutetrodos de superfiacutecie devem
encontrar-se abaixo dos 5 k uma vez que quanto maior a impedacircncia maior seraacute a resistecircncia do
eleacutetrodo agrave passagem de corrente No entanto valores de 10 k ou mesmo 40 K ainda satildeo
considerados aceitaacuteveis dependendo dos autores [34][35]
Figura 11 Esquema representativo do ensaio potenciostaacutetico para mediccedilatildeo da impedacircncia
22
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Capiacutetulo 3 Materiais e meacutetodos
Materiais e meacutetodos
31 Preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes
Na preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes dissolveu-se cloreto de soacutedio (NaCl) em aacutegua
adicionando de seguida um tensioativo (tweencopy-80) e um humectante (propilenoglicol) As
concentraccedilotildees destes componentes variaram nas 3 soluccedilotildees conforme referido na Tabela 2 Conveacutem
referir que cada componente foi dissolvido em constante e contiacutenua agitaccedilatildeo numa placa de
agitaccedilatildeo tendo-se misturado primeiro o propilenogicol com o tweencopy e soacute depois com os restantes
compostos
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas
COMPONENTE INFORMACcedilAtildeO DO COMPONENTE SOLUCcedilAtildeO
1 2 3
NaCl (mV) VWR-BDH Prolabo Lote 27810295
09 09 09
Tweencopy-80 (VV) Acofarma
Lote 130287 3 3 5
Propilenoglicol(VV) Acofarma
Lote 131337 10 30 30
Aacutegua (VV) - qbp 100 qbp 100 qbp 100
A biocompatibilidade das mateacuterias-primas empregues para a obtenccedilatildeo das soluccedilotildees torna este
novo conceito de eleacutetrodo uma alternativa promissora para utilizaccedilatildeo cliacutenica Esta biocompatibilidade
estaacute inversamente relacionada com a concentraccedilatildeo de cloretos de soacutedio ou seja quanto menor a
concentraccedilatildeo tanto maior a biocompatibilidade das soluccedilotildees Por esse motivo as soluccedilotildees
desenvolvidas contavam com pequenas concentraccedilotildees de sais de modo a ser o mais semelhante
possiacutevel aos componentes ioacutenicos da proacutepria pele humana
24
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32 Produccedilatildeo dos novos eleacutetrodos
321 Produccedilatildeo da estrutura porosa de policarbonato
A produccedilatildeo da estrutura porosa (wicks) foi realizada atraveacutes da sinterizaccedilatildeo de poacutes de
policarbonato (PC)
No que diz respeito ao processo de fabrico propriamente
dito o primeiro passo consistiu na moagem da mateacuteria-prima
(policarbonato) de seguida estas partiacuteculas foram sinterizadas
atraveacutes de um equipamento designado por cilindro de sinterizaccedilatildeo
Este cilindro foi aquecido a uma temperatura de asymp170degC e atingida
esta gama de temperaturas colocaram-se as partiacuteculas no molde
ldquoWickrdquo com as dimensotildees apresentadas na Figura 12 que se
encontrava dentro do cilindro central Procedeu-se
imediatamente ao encaixe do pistatildeo no cilindro central Para
finalizar mergulhou-se em aacutegua fria o cilindro central contendo o
molde deixando de seguida secar agrave temperatura ambiente [36]
322 Preparaccedilatildeo dos eleacutetrodos de pratacloreto de prata
Para a deposiccedilatildeo da camada de cloreto de prata nos fios de prata recorreu-se a uma teacutecnica
de deposiccedilatildeo quiacutemica Para isso os fios de prata (Ag) (diacircmetro = 250 miacutecron 9999 Goodfellow
Cambridge) foram oxidados com uma soluccedilatildeo de cloreto de ferro (III) (MERCK Lote 7705-08-0) apoacutes
um preacute-tratamento que permitiu a remoccedilatildeo de impurezas e sujidades presentes na superfiacutecie dos fios
Este preacute-tratamento consistiu na limpeza da superfiacutecie dos fios com 2-propanol e posterior imersatildeo
dos mesmos numa tina de ultrassons com 2-propanol durante 10 minutos De seguida mergulharam-
se os fios de prata em aacutegua destilada de forma a remover todo o 2-propanol presente Finalmente
o processo de oxidaccedilatildeo consistiu em submergir os fios de prata numa soluccedilatildeo aquosa de FeCl3 50 mM
durante 2 minutos ao finalizar este periacuteodo foram armazenados durante 24h num recipiente revestido
com folha de alumiacutenio que possuiacutea uma soluccedilatildeo de HCl 01M para estabilizaccedilatildeo Os fios que natildeo foram
utilizados imediatamente foram armazenados num recipiente revestido com folha de alumiacutenio com
uma soluccedilatildeo de HCl 0005M O comprimento de cada fio de prata eacute aproximadamente de 8 cm
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato
25
25
323 Montagem dos eleacutetrodos
Apoacutes o fabrico da estrutura porosa e da preparaccedilatildeo dos
fios de prata procedeu-se agrave montagem dos eleacutetrodos para isso
cortaram-se pequenas porccedilotildees de uma esponja em poliuretano
com configuraccedilatildeo ciliacutendrica e um diacircmetro semelhante ao da
parte superior da estrutura porosa De seguida atravessou-se esta
esponja com o fio de prata e inseriu-se o conjunto ldquoesponja +
arame de pratardquo dentro de um orifiacutecio superior que a estrutura
porosa possui Finalmente incorporou-se esta estrutura dentro de
um tubo de PVC de modo a atingir a configuraccedilatildeo apresentada na
Figura 13
33 Preparaccedilatildeo dos ensaios
Antes do iniacutecio dos ensaios os eleacutetrodos foram previamente lavados com 2-propanol e
colocados na estufa de modo a evaporar os resiacuteduos do aacutelcool Posteriormente foi aplicada a soluccedilatildeo
hidratante que se pretendia estudar de modo a que a esponja ficasse completamente embebida Desta
forma por uma parte os novos eleacutetrodos em estudo foram testados recorrendo agraves soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 e por outra os eleacutetrodos que serviram como controlo (eleacutetrodo de AgAgCl
(BIO EASYCAP GmbH Alemanha)) utilizaram o gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) Foram tambeacutem utilizados eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) como referecircncia
Para os estudos eletroquiacutemicos incorporaram-se os eleacutetrodos numa montagem constituiacuteda por
um potenciostatogalvanostato Gamry G-300 (Gamry Instruments USA) De modo a diminuir o ruiacutedo
eletroacutenico os ensaios foram todos realizados dentro de uma Gaiola de Faraday Eacute importante referir
que uma vez o nosso sistema de aquisiccedilatildeo de dados era ldquoearth groundedrdquo seguiu-se a sugestatildeo da
bula do Gamry e optou-se unicamente por ligar o ldquofloating groundrdquo agrave gaiola
34 Condiccedilotildees dos ensaios
A primeira parte do trabalho foi desenvolvida laquoIn vitroraquo com eleacutetrodos multipino foi feito
entatildeo um estudo do ruido eletroquiacutemico entre eleacutetrodos do mesmo tipo nas diferentes soluccedilotildees
referidas na Tabela 2 De seguida realizou-se um estudo das impedacircncias dos novos eleacutetrodos nas
diferentes soluccedilotildees seguidos por um estudo de controlo realizado nas mesmas condiccedilotildees com o
eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente e o correspondente gel hidratante Estes ensaios foram
reproduzidos 3 vezes uma vez que em estudos anteriores jaacute se tinha verificado uma boa
reprodutibilidade dos ensaios
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios
26
26
Na segunda fase dos estudos realizou-se uma avaliaccedilatildeo do ruido da impedacircncia vs frequecircncia
laquoIn vivoraquo com as diferentes soluccedilotildees Estes ensaios foram realizados em 8 voluntaacuterios saudaacuteveis 6 do
sexo feminino e 2 do masculino Deste modo consegue-se escolher uma soluccedilatildeo para avanccedilar ao
estaacutegio seguinte que consistia na mediccedilatildeo e comparaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos obtidos tanto
com os eleacutetrodos de controlo como com os eleacutetrodos multipino porosos com a soluccedilatildeo hidratante mais
adequada Os resultados foram obtidos com a participaccedilatildeo de 2 voluntaacuterios saudaacuteveis de ambos sexos
341 Ensaios laquoIn vitroraquo
3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito
Nos ensaios de ruiacutedo eletroquiacutemico apenas foram utilizados eleacutetrodos multipino porosos
Fig14 (b) sendo um ligado ao terminal do eleacutetrodo de trabalho e o outro ao terminal do eleacutetrodo de
referecircncia A distacircncia entre os eleacutetrodos foi controlada durante o decorrer dos ensaios optando-se
por uma distacircncia de 3 cm entre os dois eleacutetrodos Foi tambeacutem realizada uma montagem de controlo
nas mesmas condiccedilotildees contudo esta era constituiacuteda por dois eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel
Electro-Cap International Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA)
Estabelecida a montagem do sistema eletroacutenico procedeu-se agrave mediccedilatildeo do ruiacutedo eleacutetrico em
circuito aberto para isso recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software ldquoESA410 Data Acquisitionrdquo da Gamry
um software projetado especificamente para a aquisiccedilatildeo e anaacutelise de sinais de ruiacutedo eletroquiacutemico
[37] Para aquisiccedilatildeo dos dados o ESA410trade associa-se ao potenciostato Gamry que faz aquisiccedilatildeo dos
dados em modo potenciostaacutetico a recolha dos dados eacute feita em circuito aberto O teste para cada
eleacutetrodo foi realizado ao longo de 12 minutos com uma taxa de amostragem constante de 1000 Hz
ao longo de todo o teste e um filtro de 10 A frequecircncia de amostragem foi escolhida tendo em conta
o Teorema de Nyquist que afirma que a frequecircncia de amostragem de um sinal analoacutegico para que
possa posteriormente ser reconstituiacutedo com o miacutenimo de perda de informaccedilatildeo deve ser igual ou maior
a duas vezes a maior frequecircncia do espectro desse sinal 119861 le119891119904
2 Por outras palavras a frequecircncia
maacutexima do sinal de entrada deveraacute ser menor ou igual a metade da taxa de amostragem [38] Para
que isto seja conseguido o sistema incorpora um filtro passa-baixo ldquoanti-aliasrdquo (deixa passar baixas
frequecircncias mas atenua as frequecircncias maiores do que a frequecircncia de Nyquist) [39]
3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito
Na montagem eletroacutenica dos ensaios de impedacircncia o contra eleacutetrodo era representado por
um eleacutetrodo comercial de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) o eleacutetrodo de trabalho um
eleacutetrodo poroso multipino (cada ensaio com as suas diferentes soluccedilotildees) e o eleacutetrodo de referecircncia
um eleacutetrodo de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) Fig14 (a) Optou-se tambeacutem pela
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27
implementaccedilatildeo de um controlo com eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap International
Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap International Inc USA)
A obtenccedilatildeo dos dados eacute feita atraveacutes da teacutecnica de espectroscopia de impedacircncia
eletroquiacutemica em modo potenciostaacuteticordquo presente no software EIS300TM da Gamry neste modo de
funcionamento eacute aquirido um espectro de impedacircncia ao longo do intervalo de frequecircncias de 10 kHz
ateacute 01 Hz com uma tensatildeo AC aplicada (5 mV RMS) da tensatildeo de desvio DC (0 V vs circuito aberto)
e representados 3 pontos por deacutecada
(a) (b)
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo
342 Ensaios laquoIn vivoraquo
3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele
De modo a mensurar o ruiacutedo
causado pela interface entre o eletroacutelito e
a pele procedeu-se agrave montagem de um
sistema semelhante ao utilizado nos
ensaios do ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito dentro
de uma gaiola de Faraday contudo estes
ensaios foram realizados laquoIn vivoraquo
procedendo-se agrave colocaccedilatildeo dos dois
eleacutetrodos na zona anterior da tiacutebia com
um espaccedilo entre eles de 3 cm (Figura 15)
apoacutes a superfiacutecie da pele ter sido limpa
com etanol a 70
A montagem contava com um sistema de seguranccedila inserido em seacuterie no sistema de mediccedilatildeo
e que corta a corrente se esta for superior a 100 microA
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
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28
A mediccedilatildeo do ruido foi feita tendo em conta o tipo de eleacutetrodo tendo-se para isso optado por
fazer as mediccedilotildees com eleacutetrodos do mesmo tipo ou seja num primeiro ensaio mensurou-se o ruido
entre 2 eleacutetrodos de pratacloreto de prata com o respetivo gel hidratante e numa segunda
abordagem optou-se por mensurar o ruido entre dois dos eleacutetrodos porosos com as diferentes soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 Contudo foi controlada a pressatildeo da banda que fixava os eleacutetrodos porosos
agrave tiacutebia sendo estipulado o valor da pressatildeo no intervalo de 15N a 2N
Neste ensaio o primeiro eleacutetrodo encontra-se ligado aos terminais dos eleacutetrodos de trabalho
o segundo ao terminal da referecircncia e o cabo do ground foi ligado agrave gaiola
Os paracircmetros dos ensaios foram os mesmos que os utilizados para a mediccedilatildeo do ruido
eleacutetrodo-eletroacutelito apresentados na secccedilatildeo 3411 contudo o tempo de aquisiccedilatildeo de sinal foi
reduzido a 5 minutos de modo a minorar o tempo de exposiccedilatildeo dos voluntaacuterios aos exames
3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele
laquoIn vivoraquo estes ensaios foram feitos logo
apoacutes a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico portanto a
superfiacutecie da pele se encontrava limpa e a
colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos obedecia agrave regra dos 3 cm
de distacircncia entre eleacutetrodos e 15-2N de pressatildeo
Para a mediccedilatildeo da impedacircncia eacute utilizada uma
configuraccedilatildeo diferente como referido no capitulo
33 Satildeo portanto utilizados 2 eleacutetrodos
comerciais de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH
Alemanha) um como referecircncia e outro como
contra eleacutetrodo e o eleacutetrodo em estudo
propiamente dito seja este o comercial (controlo)
ou o novo eleacutetrodo (Figura 16)
Os resultados obtidos para as diferentes
frequecircncias aleacutem de poderem ser representados
pelo diagrama de Nyquist como referido anteriormente podem tambeacutem ser representados num
Diagrama de Bode Neste diagrama a distribuiccedilatildeo dos valores de impedacircncia por vaacuterias ordens de
grandeza eacute representada em coordenadas polares (magnitude log|119885| em funccedilatildeo de log120596 )
3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos primariamente limpou-se a superfiacutecie do
escalpe com aacutelcool a 70 de modo a minimizar a camada gordurosa da pele De seguida procedeu-se
agrave colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos Foram colocados dois eleacutetrodos de AgAgCl (comerciais) um de forma a
servir como controlo (posiccedilatildeo O2) e outro em curto-circuito com o ground e a referecircncia (posiccedilatildeo
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino
durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia
29
29
Fp2) O eleacutetrodo poroso em estudo colocou-se a cerca de 3 cm do eleacutetrodo de AgAgCl posiccedilatildeo O2
de modo a captar o mesmo sinal que o obtido pelo eleacutetrodo de controlo (Figura 17)
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos
35 Implementaccedilatildeo em Matlab
Apoacutes a importaccedilatildeo do ficheiro obtido nos ensaios de ruiacutedo para o Matlab foi criado um filtro
Butterworth de ordem 20 de 05 ateacute 40 Hz atraveacutes da funccedilatildeo jaacute implementada pelo Matlab
ldquofdesignbandpassrdquo De seguida eacute aplicado o filtro duas vezes A primeira desde o primeiro ponto ateacute
o uacuteltimo e o segundo na ordem inversa Deste modo consegue-se natildeo soacute uma filtragem dupla mas
tambeacutem o cancelamento da fase dos filtros Assim efetivamente o filtro utilizado eacute de ordem 40 de
fase nula
De seguida eacute dividido o ensaio em segmentos de 30 segundos rejeitando os primeiros 10
segundos do ensaio Para cada segmento natildeo sobreposto eacute calculado o valor RMS da tensatildeo a
densidade espectral de potecircncia atraveacutes da estimaccedilatildeo pwelch do Matlab e o declive meacutedio (primeira
derivada do sinal) Contudo no final eacute calculada tambeacutem a densidade espectral de potecircncia global
que eacute expressa em dB
30
30
31
31
Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos
Resultados obtidos e discussatildeo
41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo
411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos
eleacutetrodos
Neste estudo eacute de extrema relevacircncia a eleiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante a utilizar Para isso
recorreu-se agrave realizaccedilatildeo de vaacuterios ensaios que possibilitassem uma avaliaccedilatildeo objetiva da resposta do
sistema Efetuou-se entatildeo primeiro uma anaacutelise do ruiacutedo ao longo de 12 minutos com os eleacutetrodos
multipino nas diferentes soluccedilotildees (um medido contra o outro) e a respetiva referecircncia de seguida
realizou-se um ensaio para mensurar a resistecircncia agrave passagem de corrente com os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees e a respetiva referecircncia
Assim sendo a Figura 18 revela a impedacircncia dos eleacutetrodos nas diferentes soluccedilotildees testadas
Nesta pode-se observar que a soluccedilatildeo 1 apresenta niacuteveis de impedacircncia ligeiramente mais baixos que
as restantes soluccedilotildees Contudo os seus niacuteveis encontram-se uma deacutecada acima dos valores obtidos
pelo eleacutetrodo e AgAgCl utilizado comercialmente com o respetivo gel hidratante Observa-se ainda
que os desvios padratildeo satildeo tatildeo baixos que quase natildeo satildeo percetiacuteveis o que significa que os ensaios satildeo
bastante reprodutiacuteveis Eacute tambeacutem importante notar que ao longo de todas as frequecircncias testadas
os valores de impedacircncia aleacutem de se encontrarem todos abaixo dos valores maacuteximos permitidos (20-
40 k) [35] encontram-se ainda abaixo dos 5 k referidos como valores de impedacircncia ideal por vaacuterios
fornecedores [40][41] o que eacute de extrema relevacircncia nos passos subsequentes de aquisiccedilatildeo do sinal
uma vez que eacute indispensaacutevel ter baixos niacuteveis de impedacircncia para conseguir captar ondas cerebrais
32
32
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Foram ainda feitas mediccedilotildees de ruiacutedo nas mesmas condiccedilotildees Realizando-se de seguida uma
anaacutelise no domiacutenio temporal e outra no domiacutenio das frequecircncias Para isso como foi referido no
capitulo 35 recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software Matlab A primeira anaacutelise eacute feita no domiacutenio
temporal (Figura 19 (a)) sob a forma de um graacutefico da tensatildeo meacutedia (RMS) em funccedilatildeo do tempo que
eacute obtida apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa-alto de modo a retirar a componente DC do sinal e assim
obter um sinal de ruiacutedo para altas frequecircncias que seraacute representado em periacuteodos de 30 segundos
Deste modo eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees da quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo de
estabilizaccedilatildeo do eleacutetrodo O que se observa eacute que os niacuteveis de ruiacutedo ao longo do tempo variam entre
185 microV ateacute 2 microV o que equivale a uma variaccedilatildeo maacutexima de 015 microV tanto para os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees como para o eleacutetrodo de AgAgCl no respetivo gel hidratante Observa-se
ainda que aleacutem das pequenas variaccedilotildees ao longo do tempo o desvio padratildeo para todas as soluccedilotildees eacute
muito semelhante sugerindo que natildeo haacute diferenccedilas significativas a niacutevel das soluccedilotildees implementadas
Eacute ainda de salientar que natildeo se observa nenhuma evoluccedilatildeo de ruiacutedo ao longo do tempo o que sugere
uma estabilizaccedilatildeo do sistema muito raacutepida A segunda anaacutelise no domiacutenio temporal corresponde ao
declive meacutedio (Figura 19 (b)) foi realizada recorrendo agrave primeira derivada do sinal em DC obtido a
cada 30 segundos Deste graacutefico eacute possiacutevel retirar informaccedilatildeo referente agrave deriva do potencial e ao
tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema Assim recorrendo agrave sua visualizaccedilatildeo observa-se que a
estabilizaccedilatildeo eacute feita de forma semelhante para todas as soluccedilotildees Contudo a soluccedilatildeo 3 apresenta
menos variaccedilotildees ao longo do tempo valores mais proacuteximos de zero e maior reprodutibilidade entre
ensaios Finalmente o teste de controlo efetuado com os eleacutetrodos comerciais de AgAgCl no gel
aparentam ser ligeiramente menos estaacuteveis contudo os valores se encontram na mesma gama de
tensotildees
33
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Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Para concluir realizou-se uma anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias para isso recorreu-se ao
graacutefico da densidade espectral de tensatildeo (Figura 20) Nele observa-se que os resultados do ruiacutedo do
sinal aumentam com a diminuiccedilatildeo das frequecircncias numa proporccedilatildeo 119903119906iacute119889119900 ~ 1 119891119903119890119902119906ecirc119899119888119894119886frasl
confirmando os estudos feitos por E Huigen em 2002 [20] No entanto estes tendem a estabilizar a
partir dos 10 Hz em valores proacuteximos dos -238 dB Eacute de referir que a para frequecircncias elevadas o
sinal de ruiacutedo eacute determinado pelo ruiacutedo do amplificador e natildeo pelo ruiacutedo da interface metal-eletroacutelito
uma vez que este eacute significativamente menor do que o ruiacutedo do amplificador impedindo assim a sua
mediccedilatildeo mesmo com equipamentos de baixo ruiacutedo [20]
34
34
Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
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a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
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Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
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Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
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Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
39
39
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
40
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
41
41
Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
42
42
Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
43
43
Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
44
44
VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
45
45
Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
46
46
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
48
48
49
49
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Anexos
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261 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio do tempo RMS e Deriva do potencial
A raiz do valor quadraacutetico meacutedio RMS (do inglecircs root mean square) ou valor eficaz eacute uma
medida estatiacutestica da magnitude de uma quantidade variaacutevel que pode ser calculada atraveacutes da
expressatildeo
120600119877119872119878 = radic1
119873 sum120600119894
2
119873
119894=1
= radic1206001
2 + 12060022 + ⋯+ 120600119873
2
119873 ( 11 )
Nos sinais a estudar satildeo calculados os valores RMS da parte alternada do sinal em intervalos
de tempo sucessivos Destes valores eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees acerca da evoluccedilatildeo temporal do
sinal assim como a quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo
Por outro lado a deriva do potencial eacute calculada recorrendo agrave primeira derivada do sinal nos
diferentes pontos pela componente contiacutenua do sinal sendo portanto de natureza lenta Eacute possiacutevel
por isso analisar a deriva do potencial e o tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema atraveacutes do recurso desde
caacutelculo
262 Avaliaccedilatildeo no domiacutenio das frequecircncias Densidade espectral
A densidade espectral de potecircncia PSD eacute definida pela transformada de Fourier da funccedilatildeo
de autocorrelaccedilatildeo (Rxx (120591)) de um processo estacionaacuterio ou seja
Teorema de Wiener-Khintchine 119878119909(119891) = F[Rxx(120591)]= int Rxx(120591)119890minus 1198952120587119891120591119889120591infin
minusinfin
( 12 )
Por outras palavras a PSD descreve a distribuiccedilatildeo da variacircncia de um processo aleatoacuterio no
domiacutenio da frequecircncia [27][28]
No Matlab esta estimaccedilatildeo eacute feita atraveacutes da funccedilatildeo pwelch jaacute implementada esta segue o
meacutetodo Welch para o caacutelculo da PSD Este meacutetodo eacute baseado no conceito de utilizaccedilatildeo de
periodogramas de estimaccedilatildeo espectral que satildeo o resultado da conversatildeo de um sinal no domiacutenio
temporal para o domiacutenio da frequecircncia [29] Para isso o meacutetodo Welch segue o fundamento do
meacutetodo Bartlett contudo permite a sobreposiccedilatildeo de segmentos [30]
O meacutetodo Bartlett consiste primeiramente na divisatildeo do segmento original de N amostras em
K segmentos de comprimento M Para cada segmento eacute obtido o periodograma calculado atraveacutes da
transformada discreta de Fourier de seguida eacute calculado o quadrado do resultado e dividido por M
Finalmente eacute feita a meacutedia do resultado dos periodogramas para todos os segmentos de K amostras
resultando num uacutenico vetor de potenciais em funccedilatildeo da frequecircncia Ou seja a reparticcedilatildeo da potecircncia
ao longo do espetro [28]
19
19
27 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo da impedacircncia
Um sistema eletroquiacutemico eacute aquele onde haacute a presenccedila de pelo menos uma fase condutora
eletroacutenica (eleacutetrodo) em contato direto com uma fase condutora ioacutenica (eletroacutelito) as quais originam
a interface eleacutetrodo-eletroacutelito onde se forma duma dupla camada eleacutetrica
A mediccedilatildeo da impedacircncia eletroquiacutemica em modo potenciostaacutetico eacute feita atraveacutes da
aplicaccedilatildeo de um sinal de potencial eleacutetrico sinusoidal 119881(119905) com cerca de 5 a 20 mV numa ceacutelula
eletroquiacutemica Satildeo medidas a resposta na forma de corrente eleacutetrica 119868(119905) e diferenccedila de fase entre
o sinal de potencial e o sinal da corrente [31] Ao medir a corrente alternada que atravessa a ceacutelula
eletroquiacutemica obtemos a impedacircncia Z da forma convencional 119885 = 119881119868 [32] Refira-se que a obtenccedilatildeo
da impedacircncia pode igualmente ser feita impondo uma perturbaccedilatildeo de corrente e medindo o
potencial A impedacircncia do eleacutetrodo reflete entatildeo a capacidade do eleacutetrodo para transferir carga a
determinada frequecircncia [32][33]
Deste modo tem-se se os valores da tensatildeo alternada V(t) e da intensidade I(t) forem
representados por
V(t)=V0∙ cos ωt
( 13 )
I(t)=I0∙ cos (ωt+φ) ( 14 )
No qual V0 representa a amplitude de pico do sinal 120596 a frequecircncia angular (120596 = 2120587119891) I0 a
amplitude do sinal de corrente e 120593 a diferenccedila de fase entre os dois sinais
Pela equaccedilatildeo de Euler
eiφ= cos φ +j sin φ ( 15 )
temos entatildeo que se φ=120596119905
V(t)= V0∙Re(ejωt) ( 16 )
representando essa tensatildeo alternada como uma parte real de uma grandeza complexa
temos que V(t) eacute equivalente a
V(t)=V0∙Re(119888119900119904120596119905 + 119895 ∙ 119904119894119899 120596119905) ( 17 )
Por outro lado atendendo agrave Equaccedilatildeo de Euler acima descrita a corrente eleacutetrica gerada
por um elemento de circuito em resposta a uma tensatildeo alternada pode ser escrita como
I(t)=I0∙Re(119890(120596119905+120593))
( 18 )
Deste modo a impedacircncia fica
Z(ω)=Z0∙ejφ
( 19 )
e aplicando a equaccedilatildeo de Euler
Z(ω)=Z ( cos φ + j sin φ ) ( 20 )
20
20
Obtemos uma equaccedilatildeo composta de uma parte real e uma parte imaginaacuteria possibilitando
assim a sua representaccedilatildeo num plano cartesiano onde a parte real corresponderaacute ao eixo das abcissas
e a parte imaginaria ao eixo das ordenadas (Diagrama de Nyquist)
Pode-se tambeacutem representar a impedacircncia como um vetor no plano complexo
Z (ω)=Re[Z(ω)]i +Im[Z(ω)]j ( 21 )
E se Z0 for o moacutedulo da impedacircncia a parte real de 119885(120596) escreve-se
Z=Z0∙ cos φ
( 22 )
sendo a parte imaginaacuteria representada por
Z=Z0∙ sin φ
( 23 )
que segundo a representaccedilatildeo de Fresnel corresponde a
Z(ω)=Z+ j Z
( 24 )
ou seja
1198850=|Z(ω)|=radicZ2+ Z
2 ( 25 )
e
tan φ = Z
Zfrasl ( 26 )
Os diagramas de Nyquist satildeo uacuteteis para reconhecer o tipo de processo envolvido Os diagramas
de Bode por outro lado mostram a dependecircncia direta do acircngulo de fase com a frequecircncia Este
uacuteltimo eacute particularmente interessante em escalas de frequecircncia muito diferentes uma vez que eacute
frequentemente representado atraveacutes da escala logariacutetmica portanto os resultados nos capiacutetulos
subsequentes seratildeo apresentados neste formato
21
21
A teacutecnica de Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica (do inglecircs Electrochemical
Impedance Spectroscopy - EIS) fornece uma visatildeo completa e detalhada das caracteriacutesticas eleacutetricas
da interface eleacutetrodo-eletroacutelito quando efetuada
numa gama suficientemente largada de frequecircncias
Na Figura 11 estaacute representado um esquema da
montagem experimental para mediccedilatildeo da
impedacircncia As reaccedilotildees eletroquiacutemicas satildeo em
essecircncia reaccedilotildees quiacutemicas em que ocorrem
transferecircncia de eletrotildees para um eleacutetrodo e como
regra ocorrem de acordo com princiacutepios quiacutemicos
gerais Haacute contudo certas caracteriacutesticas das
reaccedilotildees eletroquiacutemicas que satildeo uacutenicas Algumas
delas envolvem a transferecircncia de eletrotildees atraveacutes
de uma interface (reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo) o
que acarreta uma dependecircncia com as dimensotildees e
aacuterea do eleacutetrodo assim como tambeacutem das
propriedades da interface com o eleacutetrodo
Eacute habitual que os eleacutetrodos de AgAgCl apresentem potenciais relativamente baixos e
estaacuteveis Portanto a deposiccedilatildeo da camada de AgCl estabilizaraacute o potencial do eleacutetrodo e reduziraacute os
niacuteveis de impedacircncia Eacute de salientar que impedacircncias aceitaacuteveis para os eleacutetrodos de superfiacutecie devem
encontrar-se abaixo dos 5 k uma vez que quanto maior a impedacircncia maior seraacute a resistecircncia do
eleacutetrodo agrave passagem de corrente No entanto valores de 10 k ou mesmo 40 K ainda satildeo
considerados aceitaacuteveis dependendo dos autores [34][35]
Figura 11 Esquema representativo do ensaio potenciostaacutetico para mediccedilatildeo da impedacircncia
22
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Capiacutetulo 3 Materiais e meacutetodos
Materiais e meacutetodos
31 Preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes
Na preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes dissolveu-se cloreto de soacutedio (NaCl) em aacutegua
adicionando de seguida um tensioativo (tweencopy-80) e um humectante (propilenoglicol) As
concentraccedilotildees destes componentes variaram nas 3 soluccedilotildees conforme referido na Tabela 2 Conveacutem
referir que cada componente foi dissolvido em constante e contiacutenua agitaccedilatildeo numa placa de
agitaccedilatildeo tendo-se misturado primeiro o propilenogicol com o tweencopy e soacute depois com os restantes
compostos
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas
COMPONENTE INFORMACcedilAtildeO DO COMPONENTE SOLUCcedilAtildeO
1 2 3
NaCl (mV) VWR-BDH Prolabo Lote 27810295
09 09 09
Tweencopy-80 (VV) Acofarma
Lote 130287 3 3 5
Propilenoglicol(VV) Acofarma
Lote 131337 10 30 30
Aacutegua (VV) - qbp 100 qbp 100 qbp 100
A biocompatibilidade das mateacuterias-primas empregues para a obtenccedilatildeo das soluccedilotildees torna este
novo conceito de eleacutetrodo uma alternativa promissora para utilizaccedilatildeo cliacutenica Esta biocompatibilidade
estaacute inversamente relacionada com a concentraccedilatildeo de cloretos de soacutedio ou seja quanto menor a
concentraccedilatildeo tanto maior a biocompatibilidade das soluccedilotildees Por esse motivo as soluccedilotildees
desenvolvidas contavam com pequenas concentraccedilotildees de sais de modo a ser o mais semelhante
possiacutevel aos componentes ioacutenicos da proacutepria pele humana
24
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32 Produccedilatildeo dos novos eleacutetrodos
321 Produccedilatildeo da estrutura porosa de policarbonato
A produccedilatildeo da estrutura porosa (wicks) foi realizada atraveacutes da sinterizaccedilatildeo de poacutes de
policarbonato (PC)
No que diz respeito ao processo de fabrico propriamente
dito o primeiro passo consistiu na moagem da mateacuteria-prima
(policarbonato) de seguida estas partiacuteculas foram sinterizadas
atraveacutes de um equipamento designado por cilindro de sinterizaccedilatildeo
Este cilindro foi aquecido a uma temperatura de asymp170degC e atingida
esta gama de temperaturas colocaram-se as partiacuteculas no molde
ldquoWickrdquo com as dimensotildees apresentadas na Figura 12 que se
encontrava dentro do cilindro central Procedeu-se
imediatamente ao encaixe do pistatildeo no cilindro central Para
finalizar mergulhou-se em aacutegua fria o cilindro central contendo o
molde deixando de seguida secar agrave temperatura ambiente [36]
322 Preparaccedilatildeo dos eleacutetrodos de pratacloreto de prata
Para a deposiccedilatildeo da camada de cloreto de prata nos fios de prata recorreu-se a uma teacutecnica
de deposiccedilatildeo quiacutemica Para isso os fios de prata (Ag) (diacircmetro = 250 miacutecron 9999 Goodfellow
Cambridge) foram oxidados com uma soluccedilatildeo de cloreto de ferro (III) (MERCK Lote 7705-08-0) apoacutes
um preacute-tratamento que permitiu a remoccedilatildeo de impurezas e sujidades presentes na superfiacutecie dos fios
Este preacute-tratamento consistiu na limpeza da superfiacutecie dos fios com 2-propanol e posterior imersatildeo
dos mesmos numa tina de ultrassons com 2-propanol durante 10 minutos De seguida mergulharam-
se os fios de prata em aacutegua destilada de forma a remover todo o 2-propanol presente Finalmente
o processo de oxidaccedilatildeo consistiu em submergir os fios de prata numa soluccedilatildeo aquosa de FeCl3 50 mM
durante 2 minutos ao finalizar este periacuteodo foram armazenados durante 24h num recipiente revestido
com folha de alumiacutenio que possuiacutea uma soluccedilatildeo de HCl 01M para estabilizaccedilatildeo Os fios que natildeo foram
utilizados imediatamente foram armazenados num recipiente revestido com folha de alumiacutenio com
uma soluccedilatildeo de HCl 0005M O comprimento de cada fio de prata eacute aproximadamente de 8 cm
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato
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25
323 Montagem dos eleacutetrodos
Apoacutes o fabrico da estrutura porosa e da preparaccedilatildeo dos
fios de prata procedeu-se agrave montagem dos eleacutetrodos para isso
cortaram-se pequenas porccedilotildees de uma esponja em poliuretano
com configuraccedilatildeo ciliacutendrica e um diacircmetro semelhante ao da
parte superior da estrutura porosa De seguida atravessou-se esta
esponja com o fio de prata e inseriu-se o conjunto ldquoesponja +
arame de pratardquo dentro de um orifiacutecio superior que a estrutura
porosa possui Finalmente incorporou-se esta estrutura dentro de
um tubo de PVC de modo a atingir a configuraccedilatildeo apresentada na
Figura 13
33 Preparaccedilatildeo dos ensaios
Antes do iniacutecio dos ensaios os eleacutetrodos foram previamente lavados com 2-propanol e
colocados na estufa de modo a evaporar os resiacuteduos do aacutelcool Posteriormente foi aplicada a soluccedilatildeo
hidratante que se pretendia estudar de modo a que a esponja ficasse completamente embebida Desta
forma por uma parte os novos eleacutetrodos em estudo foram testados recorrendo agraves soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 e por outra os eleacutetrodos que serviram como controlo (eleacutetrodo de AgAgCl
(BIO EASYCAP GmbH Alemanha)) utilizaram o gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) Foram tambeacutem utilizados eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) como referecircncia
Para os estudos eletroquiacutemicos incorporaram-se os eleacutetrodos numa montagem constituiacuteda por
um potenciostatogalvanostato Gamry G-300 (Gamry Instruments USA) De modo a diminuir o ruiacutedo
eletroacutenico os ensaios foram todos realizados dentro de uma Gaiola de Faraday Eacute importante referir
que uma vez o nosso sistema de aquisiccedilatildeo de dados era ldquoearth groundedrdquo seguiu-se a sugestatildeo da
bula do Gamry e optou-se unicamente por ligar o ldquofloating groundrdquo agrave gaiola
34 Condiccedilotildees dos ensaios
A primeira parte do trabalho foi desenvolvida laquoIn vitroraquo com eleacutetrodos multipino foi feito
entatildeo um estudo do ruido eletroquiacutemico entre eleacutetrodos do mesmo tipo nas diferentes soluccedilotildees
referidas na Tabela 2 De seguida realizou-se um estudo das impedacircncias dos novos eleacutetrodos nas
diferentes soluccedilotildees seguidos por um estudo de controlo realizado nas mesmas condiccedilotildees com o
eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente e o correspondente gel hidratante Estes ensaios foram
reproduzidos 3 vezes uma vez que em estudos anteriores jaacute se tinha verificado uma boa
reprodutibilidade dos ensaios
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios
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Na segunda fase dos estudos realizou-se uma avaliaccedilatildeo do ruido da impedacircncia vs frequecircncia
laquoIn vivoraquo com as diferentes soluccedilotildees Estes ensaios foram realizados em 8 voluntaacuterios saudaacuteveis 6 do
sexo feminino e 2 do masculino Deste modo consegue-se escolher uma soluccedilatildeo para avanccedilar ao
estaacutegio seguinte que consistia na mediccedilatildeo e comparaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos obtidos tanto
com os eleacutetrodos de controlo como com os eleacutetrodos multipino porosos com a soluccedilatildeo hidratante mais
adequada Os resultados foram obtidos com a participaccedilatildeo de 2 voluntaacuterios saudaacuteveis de ambos sexos
341 Ensaios laquoIn vitroraquo
3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito
Nos ensaios de ruiacutedo eletroquiacutemico apenas foram utilizados eleacutetrodos multipino porosos
Fig14 (b) sendo um ligado ao terminal do eleacutetrodo de trabalho e o outro ao terminal do eleacutetrodo de
referecircncia A distacircncia entre os eleacutetrodos foi controlada durante o decorrer dos ensaios optando-se
por uma distacircncia de 3 cm entre os dois eleacutetrodos Foi tambeacutem realizada uma montagem de controlo
nas mesmas condiccedilotildees contudo esta era constituiacuteda por dois eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel
Electro-Cap International Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA)
Estabelecida a montagem do sistema eletroacutenico procedeu-se agrave mediccedilatildeo do ruiacutedo eleacutetrico em
circuito aberto para isso recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software ldquoESA410 Data Acquisitionrdquo da Gamry
um software projetado especificamente para a aquisiccedilatildeo e anaacutelise de sinais de ruiacutedo eletroquiacutemico
[37] Para aquisiccedilatildeo dos dados o ESA410trade associa-se ao potenciostato Gamry que faz aquisiccedilatildeo dos
dados em modo potenciostaacutetico a recolha dos dados eacute feita em circuito aberto O teste para cada
eleacutetrodo foi realizado ao longo de 12 minutos com uma taxa de amostragem constante de 1000 Hz
ao longo de todo o teste e um filtro de 10 A frequecircncia de amostragem foi escolhida tendo em conta
o Teorema de Nyquist que afirma que a frequecircncia de amostragem de um sinal analoacutegico para que
possa posteriormente ser reconstituiacutedo com o miacutenimo de perda de informaccedilatildeo deve ser igual ou maior
a duas vezes a maior frequecircncia do espectro desse sinal 119861 le119891119904
2 Por outras palavras a frequecircncia
maacutexima do sinal de entrada deveraacute ser menor ou igual a metade da taxa de amostragem [38] Para
que isto seja conseguido o sistema incorpora um filtro passa-baixo ldquoanti-aliasrdquo (deixa passar baixas
frequecircncias mas atenua as frequecircncias maiores do que a frequecircncia de Nyquist) [39]
3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito
Na montagem eletroacutenica dos ensaios de impedacircncia o contra eleacutetrodo era representado por
um eleacutetrodo comercial de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) o eleacutetrodo de trabalho um
eleacutetrodo poroso multipino (cada ensaio com as suas diferentes soluccedilotildees) e o eleacutetrodo de referecircncia
um eleacutetrodo de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) Fig14 (a) Optou-se tambeacutem pela
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implementaccedilatildeo de um controlo com eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap International
Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap International Inc USA)
A obtenccedilatildeo dos dados eacute feita atraveacutes da teacutecnica de espectroscopia de impedacircncia
eletroquiacutemica em modo potenciostaacuteticordquo presente no software EIS300TM da Gamry neste modo de
funcionamento eacute aquirido um espectro de impedacircncia ao longo do intervalo de frequecircncias de 10 kHz
ateacute 01 Hz com uma tensatildeo AC aplicada (5 mV RMS) da tensatildeo de desvio DC (0 V vs circuito aberto)
e representados 3 pontos por deacutecada
(a) (b)
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo
342 Ensaios laquoIn vivoraquo
3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele
De modo a mensurar o ruiacutedo
causado pela interface entre o eletroacutelito e
a pele procedeu-se agrave montagem de um
sistema semelhante ao utilizado nos
ensaios do ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito dentro
de uma gaiola de Faraday contudo estes
ensaios foram realizados laquoIn vivoraquo
procedendo-se agrave colocaccedilatildeo dos dois
eleacutetrodos na zona anterior da tiacutebia com
um espaccedilo entre eles de 3 cm (Figura 15)
apoacutes a superfiacutecie da pele ter sido limpa
com etanol a 70
A montagem contava com um sistema de seguranccedila inserido em seacuterie no sistema de mediccedilatildeo
e que corta a corrente se esta for superior a 100 microA
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
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A mediccedilatildeo do ruido foi feita tendo em conta o tipo de eleacutetrodo tendo-se para isso optado por
fazer as mediccedilotildees com eleacutetrodos do mesmo tipo ou seja num primeiro ensaio mensurou-se o ruido
entre 2 eleacutetrodos de pratacloreto de prata com o respetivo gel hidratante e numa segunda
abordagem optou-se por mensurar o ruido entre dois dos eleacutetrodos porosos com as diferentes soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 Contudo foi controlada a pressatildeo da banda que fixava os eleacutetrodos porosos
agrave tiacutebia sendo estipulado o valor da pressatildeo no intervalo de 15N a 2N
Neste ensaio o primeiro eleacutetrodo encontra-se ligado aos terminais dos eleacutetrodos de trabalho
o segundo ao terminal da referecircncia e o cabo do ground foi ligado agrave gaiola
Os paracircmetros dos ensaios foram os mesmos que os utilizados para a mediccedilatildeo do ruido
eleacutetrodo-eletroacutelito apresentados na secccedilatildeo 3411 contudo o tempo de aquisiccedilatildeo de sinal foi
reduzido a 5 minutos de modo a minorar o tempo de exposiccedilatildeo dos voluntaacuterios aos exames
3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele
laquoIn vivoraquo estes ensaios foram feitos logo
apoacutes a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico portanto a
superfiacutecie da pele se encontrava limpa e a
colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos obedecia agrave regra dos 3 cm
de distacircncia entre eleacutetrodos e 15-2N de pressatildeo
Para a mediccedilatildeo da impedacircncia eacute utilizada uma
configuraccedilatildeo diferente como referido no capitulo
33 Satildeo portanto utilizados 2 eleacutetrodos
comerciais de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH
Alemanha) um como referecircncia e outro como
contra eleacutetrodo e o eleacutetrodo em estudo
propiamente dito seja este o comercial (controlo)
ou o novo eleacutetrodo (Figura 16)
Os resultados obtidos para as diferentes
frequecircncias aleacutem de poderem ser representados
pelo diagrama de Nyquist como referido anteriormente podem tambeacutem ser representados num
Diagrama de Bode Neste diagrama a distribuiccedilatildeo dos valores de impedacircncia por vaacuterias ordens de
grandeza eacute representada em coordenadas polares (magnitude log|119885| em funccedilatildeo de log120596 )
3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos primariamente limpou-se a superfiacutecie do
escalpe com aacutelcool a 70 de modo a minimizar a camada gordurosa da pele De seguida procedeu-se
agrave colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos Foram colocados dois eleacutetrodos de AgAgCl (comerciais) um de forma a
servir como controlo (posiccedilatildeo O2) e outro em curto-circuito com o ground e a referecircncia (posiccedilatildeo
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino
durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia
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Fp2) O eleacutetrodo poroso em estudo colocou-se a cerca de 3 cm do eleacutetrodo de AgAgCl posiccedilatildeo O2
de modo a captar o mesmo sinal que o obtido pelo eleacutetrodo de controlo (Figura 17)
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos
35 Implementaccedilatildeo em Matlab
Apoacutes a importaccedilatildeo do ficheiro obtido nos ensaios de ruiacutedo para o Matlab foi criado um filtro
Butterworth de ordem 20 de 05 ateacute 40 Hz atraveacutes da funccedilatildeo jaacute implementada pelo Matlab
ldquofdesignbandpassrdquo De seguida eacute aplicado o filtro duas vezes A primeira desde o primeiro ponto ateacute
o uacuteltimo e o segundo na ordem inversa Deste modo consegue-se natildeo soacute uma filtragem dupla mas
tambeacutem o cancelamento da fase dos filtros Assim efetivamente o filtro utilizado eacute de ordem 40 de
fase nula
De seguida eacute dividido o ensaio em segmentos de 30 segundos rejeitando os primeiros 10
segundos do ensaio Para cada segmento natildeo sobreposto eacute calculado o valor RMS da tensatildeo a
densidade espectral de potecircncia atraveacutes da estimaccedilatildeo pwelch do Matlab e o declive meacutedio (primeira
derivada do sinal) Contudo no final eacute calculada tambeacutem a densidade espectral de potecircncia global
que eacute expressa em dB
30
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Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos
Resultados obtidos e discussatildeo
41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo
411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos
eleacutetrodos
Neste estudo eacute de extrema relevacircncia a eleiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante a utilizar Para isso
recorreu-se agrave realizaccedilatildeo de vaacuterios ensaios que possibilitassem uma avaliaccedilatildeo objetiva da resposta do
sistema Efetuou-se entatildeo primeiro uma anaacutelise do ruiacutedo ao longo de 12 minutos com os eleacutetrodos
multipino nas diferentes soluccedilotildees (um medido contra o outro) e a respetiva referecircncia de seguida
realizou-se um ensaio para mensurar a resistecircncia agrave passagem de corrente com os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees e a respetiva referecircncia
Assim sendo a Figura 18 revela a impedacircncia dos eleacutetrodos nas diferentes soluccedilotildees testadas
Nesta pode-se observar que a soluccedilatildeo 1 apresenta niacuteveis de impedacircncia ligeiramente mais baixos que
as restantes soluccedilotildees Contudo os seus niacuteveis encontram-se uma deacutecada acima dos valores obtidos
pelo eleacutetrodo e AgAgCl utilizado comercialmente com o respetivo gel hidratante Observa-se ainda
que os desvios padratildeo satildeo tatildeo baixos que quase natildeo satildeo percetiacuteveis o que significa que os ensaios satildeo
bastante reprodutiacuteveis Eacute tambeacutem importante notar que ao longo de todas as frequecircncias testadas
os valores de impedacircncia aleacutem de se encontrarem todos abaixo dos valores maacuteximos permitidos (20-
40 k) [35] encontram-se ainda abaixo dos 5 k referidos como valores de impedacircncia ideal por vaacuterios
fornecedores [40][41] o que eacute de extrema relevacircncia nos passos subsequentes de aquisiccedilatildeo do sinal
uma vez que eacute indispensaacutevel ter baixos niacuteveis de impedacircncia para conseguir captar ondas cerebrais
32
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Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Foram ainda feitas mediccedilotildees de ruiacutedo nas mesmas condiccedilotildees Realizando-se de seguida uma
anaacutelise no domiacutenio temporal e outra no domiacutenio das frequecircncias Para isso como foi referido no
capitulo 35 recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software Matlab A primeira anaacutelise eacute feita no domiacutenio
temporal (Figura 19 (a)) sob a forma de um graacutefico da tensatildeo meacutedia (RMS) em funccedilatildeo do tempo que
eacute obtida apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa-alto de modo a retirar a componente DC do sinal e assim
obter um sinal de ruiacutedo para altas frequecircncias que seraacute representado em periacuteodos de 30 segundos
Deste modo eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees da quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo de
estabilizaccedilatildeo do eleacutetrodo O que se observa eacute que os niacuteveis de ruiacutedo ao longo do tempo variam entre
185 microV ateacute 2 microV o que equivale a uma variaccedilatildeo maacutexima de 015 microV tanto para os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees como para o eleacutetrodo de AgAgCl no respetivo gel hidratante Observa-se
ainda que aleacutem das pequenas variaccedilotildees ao longo do tempo o desvio padratildeo para todas as soluccedilotildees eacute
muito semelhante sugerindo que natildeo haacute diferenccedilas significativas a niacutevel das soluccedilotildees implementadas
Eacute ainda de salientar que natildeo se observa nenhuma evoluccedilatildeo de ruiacutedo ao longo do tempo o que sugere
uma estabilizaccedilatildeo do sistema muito raacutepida A segunda anaacutelise no domiacutenio temporal corresponde ao
declive meacutedio (Figura 19 (b)) foi realizada recorrendo agrave primeira derivada do sinal em DC obtido a
cada 30 segundos Deste graacutefico eacute possiacutevel retirar informaccedilatildeo referente agrave deriva do potencial e ao
tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema Assim recorrendo agrave sua visualizaccedilatildeo observa-se que a
estabilizaccedilatildeo eacute feita de forma semelhante para todas as soluccedilotildees Contudo a soluccedilatildeo 3 apresenta
menos variaccedilotildees ao longo do tempo valores mais proacuteximos de zero e maior reprodutibilidade entre
ensaios Finalmente o teste de controlo efetuado com os eleacutetrodos comerciais de AgAgCl no gel
aparentam ser ligeiramente menos estaacuteveis contudo os valores se encontram na mesma gama de
tensotildees
33
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Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Para concluir realizou-se uma anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias para isso recorreu-se ao
graacutefico da densidade espectral de tensatildeo (Figura 20) Nele observa-se que os resultados do ruiacutedo do
sinal aumentam com a diminuiccedilatildeo das frequecircncias numa proporccedilatildeo 119903119906iacute119889119900 ~ 1 119891119903119890119902119906ecirc119899119888119894119886frasl
confirmando os estudos feitos por E Huigen em 2002 [20] No entanto estes tendem a estabilizar a
partir dos 10 Hz em valores proacuteximos dos -238 dB Eacute de referir que a para frequecircncias elevadas o
sinal de ruiacutedo eacute determinado pelo ruiacutedo do amplificador e natildeo pelo ruiacutedo da interface metal-eletroacutelito
uma vez que este eacute significativamente menor do que o ruiacutedo do amplificador impedindo assim a sua
mediccedilatildeo mesmo com equipamentos de baixo ruiacutedo [20]
34
34
Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
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35
a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
36
36
Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
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Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
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Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
39
39
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
40
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
41
41
Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
42
42
Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
43
43
Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
44
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VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
45
45
Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
46
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
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Anexos
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27 Fundamento teoacuterico para a mediccedilatildeo da impedacircncia
Um sistema eletroquiacutemico eacute aquele onde haacute a presenccedila de pelo menos uma fase condutora
eletroacutenica (eleacutetrodo) em contato direto com uma fase condutora ioacutenica (eletroacutelito) as quais originam
a interface eleacutetrodo-eletroacutelito onde se forma duma dupla camada eleacutetrica
A mediccedilatildeo da impedacircncia eletroquiacutemica em modo potenciostaacutetico eacute feita atraveacutes da
aplicaccedilatildeo de um sinal de potencial eleacutetrico sinusoidal 119881(119905) com cerca de 5 a 20 mV numa ceacutelula
eletroquiacutemica Satildeo medidas a resposta na forma de corrente eleacutetrica 119868(119905) e diferenccedila de fase entre
o sinal de potencial e o sinal da corrente [31] Ao medir a corrente alternada que atravessa a ceacutelula
eletroquiacutemica obtemos a impedacircncia Z da forma convencional 119885 = 119881119868 [32] Refira-se que a obtenccedilatildeo
da impedacircncia pode igualmente ser feita impondo uma perturbaccedilatildeo de corrente e medindo o
potencial A impedacircncia do eleacutetrodo reflete entatildeo a capacidade do eleacutetrodo para transferir carga a
determinada frequecircncia [32][33]
Deste modo tem-se se os valores da tensatildeo alternada V(t) e da intensidade I(t) forem
representados por
V(t)=V0∙ cos ωt
( 13 )
I(t)=I0∙ cos (ωt+φ) ( 14 )
No qual V0 representa a amplitude de pico do sinal 120596 a frequecircncia angular (120596 = 2120587119891) I0 a
amplitude do sinal de corrente e 120593 a diferenccedila de fase entre os dois sinais
Pela equaccedilatildeo de Euler
eiφ= cos φ +j sin φ ( 15 )
temos entatildeo que se φ=120596119905
V(t)= V0∙Re(ejωt) ( 16 )
representando essa tensatildeo alternada como uma parte real de uma grandeza complexa
temos que V(t) eacute equivalente a
V(t)=V0∙Re(119888119900119904120596119905 + 119895 ∙ 119904119894119899 120596119905) ( 17 )
Por outro lado atendendo agrave Equaccedilatildeo de Euler acima descrita a corrente eleacutetrica gerada
por um elemento de circuito em resposta a uma tensatildeo alternada pode ser escrita como
I(t)=I0∙Re(119890(120596119905+120593))
( 18 )
Deste modo a impedacircncia fica
Z(ω)=Z0∙ejφ
( 19 )
e aplicando a equaccedilatildeo de Euler
Z(ω)=Z ( cos φ + j sin φ ) ( 20 )
20
20
Obtemos uma equaccedilatildeo composta de uma parte real e uma parte imaginaacuteria possibilitando
assim a sua representaccedilatildeo num plano cartesiano onde a parte real corresponderaacute ao eixo das abcissas
e a parte imaginaria ao eixo das ordenadas (Diagrama de Nyquist)
Pode-se tambeacutem representar a impedacircncia como um vetor no plano complexo
Z (ω)=Re[Z(ω)]i +Im[Z(ω)]j ( 21 )
E se Z0 for o moacutedulo da impedacircncia a parte real de 119885(120596) escreve-se
Z=Z0∙ cos φ
( 22 )
sendo a parte imaginaacuteria representada por
Z=Z0∙ sin φ
( 23 )
que segundo a representaccedilatildeo de Fresnel corresponde a
Z(ω)=Z+ j Z
( 24 )
ou seja
1198850=|Z(ω)|=radicZ2+ Z
2 ( 25 )
e
tan φ = Z
Zfrasl ( 26 )
Os diagramas de Nyquist satildeo uacuteteis para reconhecer o tipo de processo envolvido Os diagramas
de Bode por outro lado mostram a dependecircncia direta do acircngulo de fase com a frequecircncia Este
uacuteltimo eacute particularmente interessante em escalas de frequecircncia muito diferentes uma vez que eacute
frequentemente representado atraveacutes da escala logariacutetmica portanto os resultados nos capiacutetulos
subsequentes seratildeo apresentados neste formato
21
21
A teacutecnica de Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica (do inglecircs Electrochemical
Impedance Spectroscopy - EIS) fornece uma visatildeo completa e detalhada das caracteriacutesticas eleacutetricas
da interface eleacutetrodo-eletroacutelito quando efetuada
numa gama suficientemente largada de frequecircncias
Na Figura 11 estaacute representado um esquema da
montagem experimental para mediccedilatildeo da
impedacircncia As reaccedilotildees eletroquiacutemicas satildeo em
essecircncia reaccedilotildees quiacutemicas em que ocorrem
transferecircncia de eletrotildees para um eleacutetrodo e como
regra ocorrem de acordo com princiacutepios quiacutemicos
gerais Haacute contudo certas caracteriacutesticas das
reaccedilotildees eletroquiacutemicas que satildeo uacutenicas Algumas
delas envolvem a transferecircncia de eletrotildees atraveacutes
de uma interface (reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo) o
que acarreta uma dependecircncia com as dimensotildees e
aacuterea do eleacutetrodo assim como tambeacutem das
propriedades da interface com o eleacutetrodo
Eacute habitual que os eleacutetrodos de AgAgCl apresentem potenciais relativamente baixos e
estaacuteveis Portanto a deposiccedilatildeo da camada de AgCl estabilizaraacute o potencial do eleacutetrodo e reduziraacute os
niacuteveis de impedacircncia Eacute de salientar que impedacircncias aceitaacuteveis para os eleacutetrodos de superfiacutecie devem
encontrar-se abaixo dos 5 k uma vez que quanto maior a impedacircncia maior seraacute a resistecircncia do
eleacutetrodo agrave passagem de corrente No entanto valores de 10 k ou mesmo 40 K ainda satildeo
considerados aceitaacuteveis dependendo dos autores [34][35]
Figura 11 Esquema representativo do ensaio potenciostaacutetico para mediccedilatildeo da impedacircncia
22
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Capiacutetulo 3 Materiais e meacutetodos
Materiais e meacutetodos
31 Preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes
Na preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes dissolveu-se cloreto de soacutedio (NaCl) em aacutegua
adicionando de seguida um tensioativo (tweencopy-80) e um humectante (propilenoglicol) As
concentraccedilotildees destes componentes variaram nas 3 soluccedilotildees conforme referido na Tabela 2 Conveacutem
referir que cada componente foi dissolvido em constante e contiacutenua agitaccedilatildeo numa placa de
agitaccedilatildeo tendo-se misturado primeiro o propilenogicol com o tweencopy e soacute depois com os restantes
compostos
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas
COMPONENTE INFORMACcedilAtildeO DO COMPONENTE SOLUCcedilAtildeO
1 2 3
NaCl (mV) VWR-BDH Prolabo Lote 27810295
09 09 09
Tweencopy-80 (VV) Acofarma
Lote 130287 3 3 5
Propilenoglicol(VV) Acofarma
Lote 131337 10 30 30
Aacutegua (VV) - qbp 100 qbp 100 qbp 100
A biocompatibilidade das mateacuterias-primas empregues para a obtenccedilatildeo das soluccedilotildees torna este
novo conceito de eleacutetrodo uma alternativa promissora para utilizaccedilatildeo cliacutenica Esta biocompatibilidade
estaacute inversamente relacionada com a concentraccedilatildeo de cloretos de soacutedio ou seja quanto menor a
concentraccedilatildeo tanto maior a biocompatibilidade das soluccedilotildees Por esse motivo as soluccedilotildees
desenvolvidas contavam com pequenas concentraccedilotildees de sais de modo a ser o mais semelhante
possiacutevel aos componentes ioacutenicos da proacutepria pele humana
24
24
32 Produccedilatildeo dos novos eleacutetrodos
321 Produccedilatildeo da estrutura porosa de policarbonato
A produccedilatildeo da estrutura porosa (wicks) foi realizada atraveacutes da sinterizaccedilatildeo de poacutes de
policarbonato (PC)
No que diz respeito ao processo de fabrico propriamente
dito o primeiro passo consistiu na moagem da mateacuteria-prima
(policarbonato) de seguida estas partiacuteculas foram sinterizadas
atraveacutes de um equipamento designado por cilindro de sinterizaccedilatildeo
Este cilindro foi aquecido a uma temperatura de asymp170degC e atingida
esta gama de temperaturas colocaram-se as partiacuteculas no molde
ldquoWickrdquo com as dimensotildees apresentadas na Figura 12 que se
encontrava dentro do cilindro central Procedeu-se
imediatamente ao encaixe do pistatildeo no cilindro central Para
finalizar mergulhou-se em aacutegua fria o cilindro central contendo o
molde deixando de seguida secar agrave temperatura ambiente [36]
322 Preparaccedilatildeo dos eleacutetrodos de pratacloreto de prata
Para a deposiccedilatildeo da camada de cloreto de prata nos fios de prata recorreu-se a uma teacutecnica
de deposiccedilatildeo quiacutemica Para isso os fios de prata (Ag) (diacircmetro = 250 miacutecron 9999 Goodfellow
Cambridge) foram oxidados com uma soluccedilatildeo de cloreto de ferro (III) (MERCK Lote 7705-08-0) apoacutes
um preacute-tratamento que permitiu a remoccedilatildeo de impurezas e sujidades presentes na superfiacutecie dos fios
Este preacute-tratamento consistiu na limpeza da superfiacutecie dos fios com 2-propanol e posterior imersatildeo
dos mesmos numa tina de ultrassons com 2-propanol durante 10 minutos De seguida mergulharam-
se os fios de prata em aacutegua destilada de forma a remover todo o 2-propanol presente Finalmente
o processo de oxidaccedilatildeo consistiu em submergir os fios de prata numa soluccedilatildeo aquosa de FeCl3 50 mM
durante 2 minutos ao finalizar este periacuteodo foram armazenados durante 24h num recipiente revestido
com folha de alumiacutenio que possuiacutea uma soluccedilatildeo de HCl 01M para estabilizaccedilatildeo Os fios que natildeo foram
utilizados imediatamente foram armazenados num recipiente revestido com folha de alumiacutenio com
uma soluccedilatildeo de HCl 0005M O comprimento de cada fio de prata eacute aproximadamente de 8 cm
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato
25
25
323 Montagem dos eleacutetrodos
Apoacutes o fabrico da estrutura porosa e da preparaccedilatildeo dos
fios de prata procedeu-se agrave montagem dos eleacutetrodos para isso
cortaram-se pequenas porccedilotildees de uma esponja em poliuretano
com configuraccedilatildeo ciliacutendrica e um diacircmetro semelhante ao da
parte superior da estrutura porosa De seguida atravessou-se esta
esponja com o fio de prata e inseriu-se o conjunto ldquoesponja +
arame de pratardquo dentro de um orifiacutecio superior que a estrutura
porosa possui Finalmente incorporou-se esta estrutura dentro de
um tubo de PVC de modo a atingir a configuraccedilatildeo apresentada na
Figura 13
33 Preparaccedilatildeo dos ensaios
Antes do iniacutecio dos ensaios os eleacutetrodos foram previamente lavados com 2-propanol e
colocados na estufa de modo a evaporar os resiacuteduos do aacutelcool Posteriormente foi aplicada a soluccedilatildeo
hidratante que se pretendia estudar de modo a que a esponja ficasse completamente embebida Desta
forma por uma parte os novos eleacutetrodos em estudo foram testados recorrendo agraves soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 e por outra os eleacutetrodos que serviram como controlo (eleacutetrodo de AgAgCl
(BIO EASYCAP GmbH Alemanha)) utilizaram o gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) Foram tambeacutem utilizados eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) como referecircncia
Para os estudos eletroquiacutemicos incorporaram-se os eleacutetrodos numa montagem constituiacuteda por
um potenciostatogalvanostato Gamry G-300 (Gamry Instruments USA) De modo a diminuir o ruiacutedo
eletroacutenico os ensaios foram todos realizados dentro de uma Gaiola de Faraday Eacute importante referir
que uma vez o nosso sistema de aquisiccedilatildeo de dados era ldquoearth groundedrdquo seguiu-se a sugestatildeo da
bula do Gamry e optou-se unicamente por ligar o ldquofloating groundrdquo agrave gaiola
34 Condiccedilotildees dos ensaios
A primeira parte do trabalho foi desenvolvida laquoIn vitroraquo com eleacutetrodos multipino foi feito
entatildeo um estudo do ruido eletroquiacutemico entre eleacutetrodos do mesmo tipo nas diferentes soluccedilotildees
referidas na Tabela 2 De seguida realizou-se um estudo das impedacircncias dos novos eleacutetrodos nas
diferentes soluccedilotildees seguidos por um estudo de controlo realizado nas mesmas condiccedilotildees com o
eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente e o correspondente gel hidratante Estes ensaios foram
reproduzidos 3 vezes uma vez que em estudos anteriores jaacute se tinha verificado uma boa
reprodutibilidade dos ensaios
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios
26
26
Na segunda fase dos estudos realizou-se uma avaliaccedilatildeo do ruido da impedacircncia vs frequecircncia
laquoIn vivoraquo com as diferentes soluccedilotildees Estes ensaios foram realizados em 8 voluntaacuterios saudaacuteveis 6 do
sexo feminino e 2 do masculino Deste modo consegue-se escolher uma soluccedilatildeo para avanccedilar ao
estaacutegio seguinte que consistia na mediccedilatildeo e comparaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos obtidos tanto
com os eleacutetrodos de controlo como com os eleacutetrodos multipino porosos com a soluccedilatildeo hidratante mais
adequada Os resultados foram obtidos com a participaccedilatildeo de 2 voluntaacuterios saudaacuteveis de ambos sexos
341 Ensaios laquoIn vitroraquo
3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito
Nos ensaios de ruiacutedo eletroquiacutemico apenas foram utilizados eleacutetrodos multipino porosos
Fig14 (b) sendo um ligado ao terminal do eleacutetrodo de trabalho e o outro ao terminal do eleacutetrodo de
referecircncia A distacircncia entre os eleacutetrodos foi controlada durante o decorrer dos ensaios optando-se
por uma distacircncia de 3 cm entre os dois eleacutetrodos Foi tambeacutem realizada uma montagem de controlo
nas mesmas condiccedilotildees contudo esta era constituiacuteda por dois eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel
Electro-Cap International Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA)
Estabelecida a montagem do sistema eletroacutenico procedeu-se agrave mediccedilatildeo do ruiacutedo eleacutetrico em
circuito aberto para isso recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software ldquoESA410 Data Acquisitionrdquo da Gamry
um software projetado especificamente para a aquisiccedilatildeo e anaacutelise de sinais de ruiacutedo eletroquiacutemico
[37] Para aquisiccedilatildeo dos dados o ESA410trade associa-se ao potenciostato Gamry que faz aquisiccedilatildeo dos
dados em modo potenciostaacutetico a recolha dos dados eacute feita em circuito aberto O teste para cada
eleacutetrodo foi realizado ao longo de 12 minutos com uma taxa de amostragem constante de 1000 Hz
ao longo de todo o teste e um filtro de 10 A frequecircncia de amostragem foi escolhida tendo em conta
o Teorema de Nyquist que afirma que a frequecircncia de amostragem de um sinal analoacutegico para que
possa posteriormente ser reconstituiacutedo com o miacutenimo de perda de informaccedilatildeo deve ser igual ou maior
a duas vezes a maior frequecircncia do espectro desse sinal 119861 le119891119904
2 Por outras palavras a frequecircncia
maacutexima do sinal de entrada deveraacute ser menor ou igual a metade da taxa de amostragem [38] Para
que isto seja conseguido o sistema incorpora um filtro passa-baixo ldquoanti-aliasrdquo (deixa passar baixas
frequecircncias mas atenua as frequecircncias maiores do que a frequecircncia de Nyquist) [39]
3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito
Na montagem eletroacutenica dos ensaios de impedacircncia o contra eleacutetrodo era representado por
um eleacutetrodo comercial de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) o eleacutetrodo de trabalho um
eleacutetrodo poroso multipino (cada ensaio com as suas diferentes soluccedilotildees) e o eleacutetrodo de referecircncia
um eleacutetrodo de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) Fig14 (a) Optou-se tambeacutem pela
27
27
implementaccedilatildeo de um controlo com eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap International
Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap International Inc USA)
A obtenccedilatildeo dos dados eacute feita atraveacutes da teacutecnica de espectroscopia de impedacircncia
eletroquiacutemica em modo potenciostaacuteticordquo presente no software EIS300TM da Gamry neste modo de
funcionamento eacute aquirido um espectro de impedacircncia ao longo do intervalo de frequecircncias de 10 kHz
ateacute 01 Hz com uma tensatildeo AC aplicada (5 mV RMS) da tensatildeo de desvio DC (0 V vs circuito aberto)
e representados 3 pontos por deacutecada
(a) (b)
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo
342 Ensaios laquoIn vivoraquo
3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele
De modo a mensurar o ruiacutedo
causado pela interface entre o eletroacutelito e
a pele procedeu-se agrave montagem de um
sistema semelhante ao utilizado nos
ensaios do ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito dentro
de uma gaiola de Faraday contudo estes
ensaios foram realizados laquoIn vivoraquo
procedendo-se agrave colocaccedilatildeo dos dois
eleacutetrodos na zona anterior da tiacutebia com
um espaccedilo entre eles de 3 cm (Figura 15)
apoacutes a superfiacutecie da pele ter sido limpa
com etanol a 70
A montagem contava com um sistema de seguranccedila inserido em seacuterie no sistema de mediccedilatildeo
e que corta a corrente se esta for superior a 100 microA
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
28
28
A mediccedilatildeo do ruido foi feita tendo em conta o tipo de eleacutetrodo tendo-se para isso optado por
fazer as mediccedilotildees com eleacutetrodos do mesmo tipo ou seja num primeiro ensaio mensurou-se o ruido
entre 2 eleacutetrodos de pratacloreto de prata com o respetivo gel hidratante e numa segunda
abordagem optou-se por mensurar o ruido entre dois dos eleacutetrodos porosos com as diferentes soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 Contudo foi controlada a pressatildeo da banda que fixava os eleacutetrodos porosos
agrave tiacutebia sendo estipulado o valor da pressatildeo no intervalo de 15N a 2N
Neste ensaio o primeiro eleacutetrodo encontra-se ligado aos terminais dos eleacutetrodos de trabalho
o segundo ao terminal da referecircncia e o cabo do ground foi ligado agrave gaiola
Os paracircmetros dos ensaios foram os mesmos que os utilizados para a mediccedilatildeo do ruido
eleacutetrodo-eletroacutelito apresentados na secccedilatildeo 3411 contudo o tempo de aquisiccedilatildeo de sinal foi
reduzido a 5 minutos de modo a minorar o tempo de exposiccedilatildeo dos voluntaacuterios aos exames
3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele
laquoIn vivoraquo estes ensaios foram feitos logo
apoacutes a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico portanto a
superfiacutecie da pele se encontrava limpa e a
colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos obedecia agrave regra dos 3 cm
de distacircncia entre eleacutetrodos e 15-2N de pressatildeo
Para a mediccedilatildeo da impedacircncia eacute utilizada uma
configuraccedilatildeo diferente como referido no capitulo
33 Satildeo portanto utilizados 2 eleacutetrodos
comerciais de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH
Alemanha) um como referecircncia e outro como
contra eleacutetrodo e o eleacutetrodo em estudo
propiamente dito seja este o comercial (controlo)
ou o novo eleacutetrodo (Figura 16)
Os resultados obtidos para as diferentes
frequecircncias aleacutem de poderem ser representados
pelo diagrama de Nyquist como referido anteriormente podem tambeacutem ser representados num
Diagrama de Bode Neste diagrama a distribuiccedilatildeo dos valores de impedacircncia por vaacuterias ordens de
grandeza eacute representada em coordenadas polares (magnitude log|119885| em funccedilatildeo de log120596 )
3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos primariamente limpou-se a superfiacutecie do
escalpe com aacutelcool a 70 de modo a minimizar a camada gordurosa da pele De seguida procedeu-se
agrave colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos Foram colocados dois eleacutetrodos de AgAgCl (comerciais) um de forma a
servir como controlo (posiccedilatildeo O2) e outro em curto-circuito com o ground e a referecircncia (posiccedilatildeo
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino
durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia
29
29
Fp2) O eleacutetrodo poroso em estudo colocou-se a cerca de 3 cm do eleacutetrodo de AgAgCl posiccedilatildeo O2
de modo a captar o mesmo sinal que o obtido pelo eleacutetrodo de controlo (Figura 17)
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos
35 Implementaccedilatildeo em Matlab
Apoacutes a importaccedilatildeo do ficheiro obtido nos ensaios de ruiacutedo para o Matlab foi criado um filtro
Butterworth de ordem 20 de 05 ateacute 40 Hz atraveacutes da funccedilatildeo jaacute implementada pelo Matlab
ldquofdesignbandpassrdquo De seguida eacute aplicado o filtro duas vezes A primeira desde o primeiro ponto ateacute
o uacuteltimo e o segundo na ordem inversa Deste modo consegue-se natildeo soacute uma filtragem dupla mas
tambeacutem o cancelamento da fase dos filtros Assim efetivamente o filtro utilizado eacute de ordem 40 de
fase nula
De seguida eacute dividido o ensaio em segmentos de 30 segundos rejeitando os primeiros 10
segundos do ensaio Para cada segmento natildeo sobreposto eacute calculado o valor RMS da tensatildeo a
densidade espectral de potecircncia atraveacutes da estimaccedilatildeo pwelch do Matlab e o declive meacutedio (primeira
derivada do sinal) Contudo no final eacute calculada tambeacutem a densidade espectral de potecircncia global
que eacute expressa em dB
30
30
31
31
Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos
Resultados obtidos e discussatildeo
41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo
411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos
eleacutetrodos
Neste estudo eacute de extrema relevacircncia a eleiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante a utilizar Para isso
recorreu-se agrave realizaccedilatildeo de vaacuterios ensaios que possibilitassem uma avaliaccedilatildeo objetiva da resposta do
sistema Efetuou-se entatildeo primeiro uma anaacutelise do ruiacutedo ao longo de 12 minutos com os eleacutetrodos
multipino nas diferentes soluccedilotildees (um medido contra o outro) e a respetiva referecircncia de seguida
realizou-se um ensaio para mensurar a resistecircncia agrave passagem de corrente com os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees e a respetiva referecircncia
Assim sendo a Figura 18 revela a impedacircncia dos eleacutetrodos nas diferentes soluccedilotildees testadas
Nesta pode-se observar que a soluccedilatildeo 1 apresenta niacuteveis de impedacircncia ligeiramente mais baixos que
as restantes soluccedilotildees Contudo os seus niacuteveis encontram-se uma deacutecada acima dos valores obtidos
pelo eleacutetrodo e AgAgCl utilizado comercialmente com o respetivo gel hidratante Observa-se ainda
que os desvios padratildeo satildeo tatildeo baixos que quase natildeo satildeo percetiacuteveis o que significa que os ensaios satildeo
bastante reprodutiacuteveis Eacute tambeacutem importante notar que ao longo de todas as frequecircncias testadas
os valores de impedacircncia aleacutem de se encontrarem todos abaixo dos valores maacuteximos permitidos (20-
40 k) [35] encontram-se ainda abaixo dos 5 k referidos como valores de impedacircncia ideal por vaacuterios
fornecedores [40][41] o que eacute de extrema relevacircncia nos passos subsequentes de aquisiccedilatildeo do sinal
uma vez que eacute indispensaacutevel ter baixos niacuteveis de impedacircncia para conseguir captar ondas cerebrais
32
32
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Foram ainda feitas mediccedilotildees de ruiacutedo nas mesmas condiccedilotildees Realizando-se de seguida uma
anaacutelise no domiacutenio temporal e outra no domiacutenio das frequecircncias Para isso como foi referido no
capitulo 35 recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software Matlab A primeira anaacutelise eacute feita no domiacutenio
temporal (Figura 19 (a)) sob a forma de um graacutefico da tensatildeo meacutedia (RMS) em funccedilatildeo do tempo que
eacute obtida apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa-alto de modo a retirar a componente DC do sinal e assim
obter um sinal de ruiacutedo para altas frequecircncias que seraacute representado em periacuteodos de 30 segundos
Deste modo eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees da quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo de
estabilizaccedilatildeo do eleacutetrodo O que se observa eacute que os niacuteveis de ruiacutedo ao longo do tempo variam entre
185 microV ateacute 2 microV o que equivale a uma variaccedilatildeo maacutexima de 015 microV tanto para os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees como para o eleacutetrodo de AgAgCl no respetivo gel hidratante Observa-se
ainda que aleacutem das pequenas variaccedilotildees ao longo do tempo o desvio padratildeo para todas as soluccedilotildees eacute
muito semelhante sugerindo que natildeo haacute diferenccedilas significativas a niacutevel das soluccedilotildees implementadas
Eacute ainda de salientar que natildeo se observa nenhuma evoluccedilatildeo de ruiacutedo ao longo do tempo o que sugere
uma estabilizaccedilatildeo do sistema muito raacutepida A segunda anaacutelise no domiacutenio temporal corresponde ao
declive meacutedio (Figura 19 (b)) foi realizada recorrendo agrave primeira derivada do sinal em DC obtido a
cada 30 segundos Deste graacutefico eacute possiacutevel retirar informaccedilatildeo referente agrave deriva do potencial e ao
tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema Assim recorrendo agrave sua visualizaccedilatildeo observa-se que a
estabilizaccedilatildeo eacute feita de forma semelhante para todas as soluccedilotildees Contudo a soluccedilatildeo 3 apresenta
menos variaccedilotildees ao longo do tempo valores mais proacuteximos de zero e maior reprodutibilidade entre
ensaios Finalmente o teste de controlo efetuado com os eleacutetrodos comerciais de AgAgCl no gel
aparentam ser ligeiramente menos estaacuteveis contudo os valores se encontram na mesma gama de
tensotildees
33
33
Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Para concluir realizou-se uma anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias para isso recorreu-se ao
graacutefico da densidade espectral de tensatildeo (Figura 20) Nele observa-se que os resultados do ruiacutedo do
sinal aumentam com a diminuiccedilatildeo das frequecircncias numa proporccedilatildeo 119903119906iacute119889119900 ~ 1 119891119903119890119902119906ecirc119899119888119894119886frasl
confirmando os estudos feitos por E Huigen em 2002 [20] No entanto estes tendem a estabilizar a
partir dos 10 Hz em valores proacuteximos dos -238 dB Eacute de referir que a para frequecircncias elevadas o
sinal de ruiacutedo eacute determinado pelo ruiacutedo do amplificador e natildeo pelo ruiacutedo da interface metal-eletroacutelito
uma vez que este eacute significativamente menor do que o ruiacutedo do amplificador impedindo assim a sua
mediccedilatildeo mesmo com equipamentos de baixo ruiacutedo [20]
34
34
Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
35
35
a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
36
36
Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
37
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Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
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Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
39
39
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
40
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
41
41
Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
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Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
43
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Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
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Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
48
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Anexos
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Obtemos uma equaccedilatildeo composta de uma parte real e uma parte imaginaacuteria possibilitando
assim a sua representaccedilatildeo num plano cartesiano onde a parte real corresponderaacute ao eixo das abcissas
e a parte imaginaria ao eixo das ordenadas (Diagrama de Nyquist)
Pode-se tambeacutem representar a impedacircncia como um vetor no plano complexo
Z (ω)=Re[Z(ω)]i +Im[Z(ω)]j ( 21 )
E se Z0 for o moacutedulo da impedacircncia a parte real de 119885(120596) escreve-se
Z=Z0∙ cos φ
( 22 )
sendo a parte imaginaacuteria representada por
Z=Z0∙ sin φ
( 23 )
que segundo a representaccedilatildeo de Fresnel corresponde a
Z(ω)=Z+ j Z
( 24 )
ou seja
1198850=|Z(ω)|=radicZ2+ Z
2 ( 25 )
e
tan φ = Z
Zfrasl ( 26 )
Os diagramas de Nyquist satildeo uacuteteis para reconhecer o tipo de processo envolvido Os diagramas
de Bode por outro lado mostram a dependecircncia direta do acircngulo de fase com a frequecircncia Este
uacuteltimo eacute particularmente interessante em escalas de frequecircncia muito diferentes uma vez que eacute
frequentemente representado atraveacutes da escala logariacutetmica portanto os resultados nos capiacutetulos
subsequentes seratildeo apresentados neste formato
21
21
A teacutecnica de Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica (do inglecircs Electrochemical
Impedance Spectroscopy - EIS) fornece uma visatildeo completa e detalhada das caracteriacutesticas eleacutetricas
da interface eleacutetrodo-eletroacutelito quando efetuada
numa gama suficientemente largada de frequecircncias
Na Figura 11 estaacute representado um esquema da
montagem experimental para mediccedilatildeo da
impedacircncia As reaccedilotildees eletroquiacutemicas satildeo em
essecircncia reaccedilotildees quiacutemicas em que ocorrem
transferecircncia de eletrotildees para um eleacutetrodo e como
regra ocorrem de acordo com princiacutepios quiacutemicos
gerais Haacute contudo certas caracteriacutesticas das
reaccedilotildees eletroquiacutemicas que satildeo uacutenicas Algumas
delas envolvem a transferecircncia de eletrotildees atraveacutes
de uma interface (reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo) o
que acarreta uma dependecircncia com as dimensotildees e
aacuterea do eleacutetrodo assim como tambeacutem das
propriedades da interface com o eleacutetrodo
Eacute habitual que os eleacutetrodos de AgAgCl apresentem potenciais relativamente baixos e
estaacuteveis Portanto a deposiccedilatildeo da camada de AgCl estabilizaraacute o potencial do eleacutetrodo e reduziraacute os
niacuteveis de impedacircncia Eacute de salientar que impedacircncias aceitaacuteveis para os eleacutetrodos de superfiacutecie devem
encontrar-se abaixo dos 5 k uma vez que quanto maior a impedacircncia maior seraacute a resistecircncia do
eleacutetrodo agrave passagem de corrente No entanto valores de 10 k ou mesmo 40 K ainda satildeo
considerados aceitaacuteveis dependendo dos autores [34][35]
Figura 11 Esquema representativo do ensaio potenciostaacutetico para mediccedilatildeo da impedacircncia
22
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Capiacutetulo 3 Materiais e meacutetodos
Materiais e meacutetodos
31 Preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes
Na preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes dissolveu-se cloreto de soacutedio (NaCl) em aacutegua
adicionando de seguida um tensioativo (tweencopy-80) e um humectante (propilenoglicol) As
concentraccedilotildees destes componentes variaram nas 3 soluccedilotildees conforme referido na Tabela 2 Conveacutem
referir que cada componente foi dissolvido em constante e contiacutenua agitaccedilatildeo numa placa de
agitaccedilatildeo tendo-se misturado primeiro o propilenogicol com o tweencopy e soacute depois com os restantes
compostos
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas
COMPONENTE INFORMACcedilAtildeO DO COMPONENTE SOLUCcedilAtildeO
1 2 3
NaCl (mV) VWR-BDH Prolabo Lote 27810295
09 09 09
Tweencopy-80 (VV) Acofarma
Lote 130287 3 3 5
Propilenoglicol(VV) Acofarma
Lote 131337 10 30 30
Aacutegua (VV) - qbp 100 qbp 100 qbp 100
A biocompatibilidade das mateacuterias-primas empregues para a obtenccedilatildeo das soluccedilotildees torna este
novo conceito de eleacutetrodo uma alternativa promissora para utilizaccedilatildeo cliacutenica Esta biocompatibilidade
estaacute inversamente relacionada com a concentraccedilatildeo de cloretos de soacutedio ou seja quanto menor a
concentraccedilatildeo tanto maior a biocompatibilidade das soluccedilotildees Por esse motivo as soluccedilotildees
desenvolvidas contavam com pequenas concentraccedilotildees de sais de modo a ser o mais semelhante
possiacutevel aos componentes ioacutenicos da proacutepria pele humana
24
24
32 Produccedilatildeo dos novos eleacutetrodos
321 Produccedilatildeo da estrutura porosa de policarbonato
A produccedilatildeo da estrutura porosa (wicks) foi realizada atraveacutes da sinterizaccedilatildeo de poacutes de
policarbonato (PC)
No que diz respeito ao processo de fabrico propriamente
dito o primeiro passo consistiu na moagem da mateacuteria-prima
(policarbonato) de seguida estas partiacuteculas foram sinterizadas
atraveacutes de um equipamento designado por cilindro de sinterizaccedilatildeo
Este cilindro foi aquecido a uma temperatura de asymp170degC e atingida
esta gama de temperaturas colocaram-se as partiacuteculas no molde
ldquoWickrdquo com as dimensotildees apresentadas na Figura 12 que se
encontrava dentro do cilindro central Procedeu-se
imediatamente ao encaixe do pistatildeo no cilindro central Para
finalizar mergulhou-se em aacutegua fria o cilindro central contendo o
molde deixando de seguida secar agrave temperatura ambiente [36]
322 Preparaccedilatildeo dos eleacutetrodos de pratacloreto de prata
Para a deposiccedilatildeo da camada de cloreto de prata nos fios de prata recorreu-se a uma teacutecnica
de deposiccedilatildeo quiacutemica Para isso os fios de prata (Ag) (diacircmetro = 250 miacutecron 9999 Goodfellow
Cambridge) foram oxidados com uma soluccedilatildeo de cloreto de ferro (III) (MERCK Lote 7705-08-0) apoacutes
um preacute-tratamento que permitiu a remoccedilatildeo de impurezas e sujidades presentes na superfiacutecie dos fios
Este preacute-tratamento consistiu na limpeza da superfiacutecie dos fios com 2-propanol e posterior imersatildeo
dos mesmos numa tina de ultrassons com 2-propanol durante 10 minutos De seguida mergulharam-
se os fios de prata em aacutegua destilada de forma a remover todo o 2-propanol presente Finalmente
o processo de oxidaccedilatildeo consistiu em submergir os fios de prata numa soluccedilatildeo aquosa de FeCl3 50 mM
durante 2 minutos ao finalizar este periacuteodo foram armazenados durante 24h num recipiente revestido
com folha de alumiacutenio que possuiacutea uma soluccedilatildeo de HCl 01M para estabilizaccedilatildeo Os fios que natildeo foram
utilizados imediatamente foram armazenados num recipiente revestido com folha de alumiacutenio com
uma soluccedilatildeo de HCl 0005M O comprimento de cada fio de prata eacute aproximadamente de 8 cm
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato
25
25
323 Montagem dos eleacutetrodos
Apoacutes o fabrico da estrutura porosa e da preparaccedilatildeo dos
fios de prata procedeu-se agrave montagem dos eleacutetrodos para isso
cortaram-se pequenas porccedilotildees de uma esponja em poliuretano
com configuraccedilatildeo ciliacutendrica e um diacircmetro semelhante ao da
parte superior da estrutura porosa De seguida atravessou-se esta
esponja com o fio de prata e inseriu-se o conjunto ldquoesponja +
arame de pratardquo dentro de um orifiacutecio superior que a estrutura
porosa possui Finalmente incorporou-se esta estrutura dentro de
um tubo de PVC de modo a atingir a configuraccedilatildeo apresentada na
Figura 13
33 Preparaccedilatildeo dos ensaios
Antes do iniacutecio dos ensaios os eleacutetrodos foram previamente lavados com 2-propanol e
colocados na estufa de modo a evaporar os resiacuteduos do aacutelcool Posteriormente foi aplicada a soluccedilatildeo
hidratante que se pretendia estudar de modo a que a esponja ficasse completamente embebida Desta
forma por uma parte os novos eleacutetrodos em estudo foram testados recorrendo agraves soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 e por outra os eleacutetrodos que serviram como controlo (eleacutetrodo de AgAgCl
(BIO EASYCAP GmbH Alemanha)) utilizaram o gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) Foram tambeacutem utilizados eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) como referecircncia
Para os estudos eletroquiacutemicos incorporaram-se os eleacutetrodos numa montagem constituiacuteda por
um potenciostatogalvanostato Gamry G-300 (Gamry Instruments USA) De modo a diminuir o ruiacutedo
eletroacutenico os ensaios foram todos realizados dentro de uma Gaiola de Faraday Eacute importante referir
que uma vez o nosso sistema de aquisiccedilatildeo de dados era ldquoearth groundedrdquo seguiu-se a sugestatildeo da
bula do Gamry e optou-se unicamente por ligar o ldquofloating groundrdquo agrave gaiola
34 Condiccedilotildees dos ensaios
A primeira parte do trabalho foi desenvolvida laquoIn vitroraquo com eleacutetrodos multipino foi feito
entatildeo um estudo do ruido eletroquiacutemico entre eleacutetrodos do mesmo tipo nas diferentes soluccedilotildees
referidas na Tabela 2 De seguida realizou-se um estudo das impedacircncias dos novos eleacutetrodos nas
diferentes soluccedilotildees seguidos por um estudo de controlo realizado nas mesmas condiccedilotildees com o
eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente e o correspondente gel hidratante Estes ensaios foram
reproduzidos 3 vezes uma vez que em estudos anteriores jaacute se tinha verificado uma boa
reprodutibilidade dos ensaios
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios
26
26
Na segunda fase dos estudos realizou-se uma avaliaccedilatildeo do ruido da impedacircncia vs frequecircncia
laquoIn vivoraquo com as diferentes soluccedilotildees Estes ensaios foram realizados em 8 voluntaacuterios saudaacuteveis 6 do
sexo feminino e 2 do masculino Deste modo consegue-se escolher uma soluccedilatildeo para avanccedilar ao
estaacutegio seguinte que consistia na mediccedilatildeo e comparaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos obtidos tanto
com os eleacutetrodos de controlo como com os eleacutetrodos multipino porosos com a soluccedilatildeo hidratante mais
adequada Os resultados foram obtidos com a participaccedilatildeo de 2 voluntaacuterios saudaacuteveis de ambos sexos
341 Ensaios laquoIn vitroraquo
3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito
Nos ensaios de ruiacutedo eletroquiacutemico apenas foram utilizados eleacutetrodos multipino porosos
Fig14 (b) sendo um ligado ao terminal do eleacutetrodo de trabalho e o outro ao terminal do eleacutetrodo de
referecircncia A distacircncia entre os eleacutetrodos foi controlada durante o decorrer dos ensaios optando-se
por uma distacircncia de 3 cm entre os dois eleacutetrodos Foi tambeacutem realizada uma montagem de controlo
nas mesmas condiccedilotildees contudo esta era constituiacuteda por dois eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel
Electro-Cap International Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA)
Estabelecida a montagem do sistema eletroacutenico procedeu-se agrave mediccedilatildeo do ruiacutedo eleacutetrico em
circuito aberto para isso recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software ldquoESA410 Data Acquisitionrdquo da Gamry
um software projetado especificamente para a aquisiccedilatildeo e anaacutelise de sinais de ruiacutedo eletroquiacutemico
[37] Para aquisiccedilatildeo dos dados o ESA410trade associa-se ao potenciostato Gamry que faz aquisiccedilatildeo dos
dados em modo potenciostaacutetico a recolha dos dados eacute feita em circuito aberto O teste para cada
eleacutetrodo foi realizado ao longo de 12 minutos com uma taxa de amostragem constante de 1000 Hz
ao longo de todo o teste e um filtro de 10 A frequecircncia de amostragem foi escolhida tendo em conta
o Teorema de Nyquist que afirma que a frequecircncia de amostragem de um sinal analoacutegico para que
possa posteriormente ser reconstituiacutedo com o miacutenimo de perda de informaccedilatildeo deve ser igual ou maior
a duas vezes a maior frequecircncia do espectro desse sinal 119861 le119891119904
2 Por outras palavras a frequecircncia
maacutexima do sinal de entrada deveraacute ser menor ou igual a metade da taxa de amostragem [38] Para
que isto seja conseguido o sistema incorpora um filtro passa-baixo ldquoanti-aliasrdquo (deixa passar baixas
frequecircncias mas atenua as frequecircncias maiores do que a frequecircncia de Nyquist) [39]
3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito
Na montagem eletroacutenica dos ensaios de impedacircncia o contra eleacutetrodo era representado por
um eleacutetrodo comercial de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) o eleacutetrodo de trabalho um
eleacutetrodo poroso multipino (cada ensaio com as suas diferentes soluccedilotildees) e o eleacutetrodo de referecircncia
um eleacutetrodo de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) Fig14 (a) Optou-se tambeacutem pela
27
27
implementaccedilatildeo de um controlo com eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap International
Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap International Inc USA)
A obtenccedilatildeo dos dados eacute feita atraveacutes da teacutecnica de espectroscopia de impedacircncia
eletroquiacutemica em modo potenciostaacuteticordquo presente no software EIS300TM da Gamry neste modo de
funcionamento eacute aquirido um espectro de impedacircncia ao longo do intervalo de frequecircncias de 10 kHz
ateacute 01 Hz com uma tensatildeo AC aplicada (5 mV RMS) da tensatildeo de desvio DC (0 V vs circuito aberto)
e representados 3 pontos por deacutecada
(a) (b)
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo
342 Ensaios laquoIn vivoraquo
3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele
De modo a mensurar o ruiacutedo
causado pela interface entre o eletroacutelito e
a pele procedeu-se agrave montagem de um
sistema semelhante ao utilizado nos
ensaios do ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito dentro
de uma gaiola de Faraday contudo estes
ensaios foram realizados laquoIn vivoraquo
procedendo-se agrave colocaccedilatildeo dos dois
eleacutetrodos na zona anterior da tiacutebia com
um espaccedilo entre eles de 3 cm (Figura 15)
apoacutes a superfiacutecie da pele ter sido limpa
com etanol a 70
A montagem contava com um sistema de seguranccedila inserido em seacuterie no sistema de mediccedilatildeo
e que corta a corrente se esta for superior a 100 microA
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
28
28
A mediccedilatildeo do ruido foi feita tendo em conta o tipo de eleacutetrodo tendo-se para isso optado por
fazer as mediccedilotildees com eleacutetrodos do mesmo tipo ou seja num primeiro ensaio mensurou-se o ruido
entre 2 eleacutetrodos de pratacloreto de prata com o respetivo gel hidratante e numa segunda
abordagem optou-se por mensurar o ruido entre dois dos eleacutetrodos porosos com as diferentes soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 Contudo foi controlada a pressatildeo da banda que fixava os eleacutetrodos porosos
agrave tiacutebia sendo estipulado o valor da pressatildeo no intervalo de 15N a 2N
Neste ensaio o primeiro eleacutetrodo encontra-se ligado aos terminais dos eleacutetrodos de trabalho
o segundo ao terminal da referecircncia e o cabo do ground foi ligado agrave gaiola
Os paracircmetros dos ensaios foram os mesmos que os utilizados para a mediccedilatildeo do ruido
eleacutetrodo-eletroacutelito apresentados na secccedilatildeo 3411 contudo o tempo de aquisiccedilatildeo de sinal foi
reduzido a 5 minutos de modo a minorar o tempo de exposiccedilatildeo dos voluntaacuterios aos exames
3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele
laquoIn vivoraquo estes ensaios foram feitos logo
apoacutes a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico portanto a
superfiacutecie da pele se encontrava limpa e a
colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos obedecia agrave regra dos 3 cm
de distacircncia entre eleacutetrodos e 15-2N de pressatildeo
Para a mediccedilatildeo da impedacircncia eacute utilizada uma
configuraccedilatildeo diferente como referido no capitulo
33 Satildeo portanto utilizados 2 eleacutetrodos
comerciais de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH
Alemanha) um como referecircncia e outro como
contra eleacutetrodo e o eleacutetrodo em estudo
propiamente dito seja este o comercial (controlo)
ou o novo eleacutetrodo (Figura 16)
Os resultados obtidos para as diferentes
frequecircncias aleacutem de poderem ser representados
pelo diagrama de Nyquist como referido anteriormente podem tambeacutem ser representados num
Diagrama de Bode Neste diagrama a distribuiccedilatildeo dos valores de impedacircncia por vaacuterias ordens de
grandeza eacute representada em coordenadas polares (magnitude log|119885| em funccedilatildeo de log120596 )
3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos primariamente limpou-se a superfiacutecie do
escalpe com aacutelcool a 70 de modo a minimizar a camada gordurosa da pele De seguida procedeu-se
agrave colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos Foram colocados dois eleacutetrodos de AgAgCl (comerciais) um de forma a
servir como controlo (posiccedilatildeo O2) e outro em curto-circuito com o ground e a referecircncia (posiccedilatildeo
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino
durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia
29
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Fp2) O eleacutetrodo poroso em estudo colocou-se a cerca de 3 cm do eleacutetrodo de AgAgCl posiccedilatildeo O2
de modo a captar o mesmo sinal que o obtido pelo eleacutetrodo de controlo (Figura 17)
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos
35 Implementaccedilatildeo em Matlab
Apoacutes a importaccedilatildeo do ficheiro obtido nos ensaios de ruiacutedo para o Matlab foi criado um filtro
Butterworth de ordem 20 de 05 ateacute 40 Hz atraveacutes da funccedilatildeo jaacute implementada pelo Matlab
ldquofdesignbandpassrdquo De seguida eacute aplicado o filtro duas vezes A primeira desde o primeiro ponto ateacute
o uacuteltimo e o segundo na ordem inversa Deste modo consegue-se natildeo soacute uma filtragem dupla mas
tambeacutem o cancelamento da fase dos filtros Assim efetivamente o filtro utilizado eacute de ordem 40 de
fase nula
De seguida eacute dividido o ensaio em segmentos de 30 segundos rejeitando os primeiros 10
segundos do ensaio Para cada segmento natildeo sobreposto eacute calculado o valor RMS da tensatildeo a
densidade espectral de potecircncia atraveacutes da estimaccedilatildeo pwelch do Matlab e o declive meacutedio (primeira
derivada do sinal) Contudo no final eacute calculada tambeacutem a densidade espectral de potecircncia global
que eacute expressa em dB
30
30
31
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Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos
Resultados obtidos e discussatildeo
41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo
411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos
eleacutetrodos
Neste estudo eacute de extrema relevacircncia a eleiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante a utilizar Para isso
recorreu-se agrave realizaccedilatildeo de vaacuterios ensaios que possibilitassem uma avaliaccedilatildeo objetiva da resposta do
sistema Efetuou-se entatildeo primeiro uma anaacutelise do ruiacutedo ao longo de 12 minutos com os eleacutetrodos
multipino nas diferentes soluccedilotildees (um medido contra o outro) e a respetiva referecircncia de seguida
realizou-se um ensaio para mensurar a resistecircncia agrave passagem de corrente com os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees e a respetiva referecircncia
Assim sendo a Figura 18 revela a impedacircncia dos eleacutetrodos nas diferentes soluccedilotildees testadas
Nesta pode-se observar que a soluccedilatildeo 1 apresenta niacuteveis de impedacircncia ligeiramente mais baixos que
as restantes soluccedilotildees Contudo os seus niacuteveis encontram-se uma deacutecada acima dos valores obtidos
pelo eleacutetrodo e AgAgCl utilizado comercialmente com o respetivo gel hidratante Observa-se ainda
que os desvios padratildeo satildeo tatildeo baixos que quase natildeo satildeo percetiacuteveis o que significa que os ensaios satildeo
bastante reprodutiacuteveis Eacute tambeacutem importante notar que ao longo de todas as frequecircncias testadas
os valores de impedacircncia aleacutem de se encontrarem todos abaixo dos valores maacuteximos permitidos (20-
40 k) [35] encontram-se ainda abaixo dos 5 k referidos como valores de impedacircncia ideal por vaacuterios
fornecedores [40][41] o que eacute de extrema relevacircncia nos passos subsequentes de aquisiccedilatildeo do sinal
uma vez que eacute indispensaacutevel ter baixos niacuteveis de impedacircncia para conseguir captar ondas cerebrais
32
32
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Foram ainda feitas mediccedilotildees de ruiacutedo nas mesmas condiccedilotildees Realizando-se de seguida uma
anaacutelise no domiacutenio temporal e outra no domiacutenio das frequecircncias Para isso como foi referido no
capitulo 35 recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software Matlab A primeira anaacutelise eacute feita no domiacutenio
temporal (Figura 19 (a)) sob a forma de um graacutefico da tensatildeo meacutedia (RMS) em funccedilatildeo do tempo que
eacute obtida apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa-alto de modo a retirar a componente DC do sinal e assim
obter um sinal de ruiacutedo para altas frequecircncias que seraacute representado em periacuteodos de 30 segundos
Deste modo eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees da quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo de
estabilizaccedilatildeo do eleacutetrodo O que se observa eacute que os niacuteveis de ruiacutedo ao longo do tempo variam entre
185 microV ateacute 2 microV o que equivale a uma variaccedilatildeo maacutexima de 015 microV tanto para os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees como para o eleacutetrodo de AgAgCl no respetivo gel hidratante Observa-se
ainda que aleacutem das pequenas variaccedilotildees ao longo do tempo o desvio padratildeo para todas as soluccedilotildees eacute
muito semelhante sugerindo que natildeo haacute diferenccedilas significativas a niacutevel das soluccedilotildees implementadas
Eacute ainda de salientar que natildeo se observa nenhuma evoluccedilatildeo de ruiacutedo ao longo do tempo o que sugere
uma estabilizaccedilatildeo do sistema muito raacutepida A segunda anaacutelise no domiacutenio temporal corresponde ao
declive meacutedio (Figura 19 (b)) foi realizada recorrendo agrave primeira derivada do sinal em DC obtido a
cada 30 segundos Deste graacutefico eacute possiacutevel retirar informaccedilatildeo referente agrave deriva do potencial e ao
tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema Assim recorrendo agrave sua visualizaccedilatildeo observa-se que a
estabilizaccedilatildeo eacute feita de forma semelhante para todas as soluccedilotildees Contudo a soluccedilatildeo 3 apresenta
menos variaccedilotildees ao longo do tempo valores mais proacuteximos de zero e maior reprodutibilidade entre
ensaios Finalmente o teste de controlo efetuado com os eleacutetrodos comerciais de AgAgCl no gel
aparentam ser ligeiramente menos estaacuteveis contudo os valores se encontram na mesma gama de
tensotildees
33
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Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Para concluir realizou-se uma anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias para isso recorreu-se ao
graacutefico da densidade espectral de tensatildeo (Figura 20) Nele observa-se que os resultados do ruiacutedo do
sinal aumentam com a diminuiccedilatildeo das frequecircncias numa proporccedilatildeo 119903119906iacute119889119900 ~ 1 119891119903119890119902119906ecirc119899119888119894119886frasl
confirmando os estudos feitos por E Huigen em 2002 [20] No entanto estes tendem a estabilizar a
partir dos 10 Hz em valores proacuteximos dos -238 dB Eacute de referir que a para frequecircncias elevadas o
sinal de ruiacutedo eacute determinado pelo ruiacutedo do amplificador e natildeo pelo ruiacutedo da interface metal-eletroacutelito
uma vez que este eacute significativamente menor do que o ruiacutedo do amplificador impedindo assim a sua
mediccedilatildeo mesmo com equipamentos de baixo ruiacutedo [20]
34
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Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
35
35
a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
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Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
37
37
Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
38
38
Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
39
39
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
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Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
41
41
Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
42
42
Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
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Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
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Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
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Anexos
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A teacutecnica de Espectroscopia de Impedacircncia Eletroquiacutemica (do inglecircs Electrochemical
Impedance Spectroscopy - EIS) fornece uma visatildeo completa e detalhada das caracteriacutesticas eleacutetricas
da interface eleacutetrodo-eletroacutelito quando efetuada
numa gama suficientemente largada de frequecircncias
Na Figura 11 estaacute representado um esquema da
montagem experimental para mediccedilatildeo da
impedacircncia As reaccedilotildees eletroquiacutemicas satildeo em
essecircncia reaccedilotildees quiacutemicas em que ocorrem
transferecircncia de eletrotildees para um eleacutetrodo e como
regra ocorrem de acordo com princiacutepios quiacutemicos
gerais Haacute contudo certas caracteriacutesticas das
reaccedilotildees eletroquiacutemicas que satildeo uacutenicas Algumas
delas envolvem a transferecircncia de eletrotildees atraveacutes
de uma interface (reaccedilotildees de oxidaccedilatildeo-reduccedilatildeo) o
que acarreta uma dependecircncia com as dimensotildees e
aacuterea do eleacutetrodo assim como tambeacutem das
propriedades da interface com o eleacutetrodo
Eacute habitual que os eleacutetrodos de AgAgCl apresentem potenciais relativamente baixos e
estaacuteveis Portanto a deposiccedilatildeo da camada de AgCl estabilizaraacute o potencial do eleacutetrodo e reduziraacute os
niacuteveis de impedacircncia Eacute de salientar que impedacircncias aceitaacuteveis para os eleacutetrodos de superfiacutecie devem
encontrar-se abaixo dos 5 k uma vez que quanto maior a impedacircncia maior seraacute a resistecircncia do
eleacutetrodo agrave passagem de corrente No entanto valores de 10 k ou mesmo 40 K ainda satildeo
considerados aceitaacuteveis dependendo dos autores [34][35]
Figura 11 Esquema representativo do ensaio potenciostaacutetico para mediccedilatildeo da impedacircncia
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Capiacutetulo 3 Materiais e meacutetodos
Materiais e meacutetodos
31 Preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes
Na preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes dissolveu-se cloreto de soacutedio (NaCl) em aacutegua
adicionando de seguida um tensioativo (tweencopy-80) e um humectante (propilenoglicol) As
concentraccedilotildees destes componentes variaram nas 3 soluccedilotildees conforme referido na Tabela 2 Conveacutem
referir que cada componente foi dissolvido em constante e contiacutenua agitaccedilatildeo numa placa de
agitaccedilatildeo tendo-se misturado primeiro o propilenogicol com o tweencopy e soacute depois com os restantes
compostos
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas
COMPONENTE INFORMACcedilAtildeO DO COMPONENTE SOLUCcedilAtildeO
1 2 3
NaCl (mV) VWR-BDH Prolabo Lote 27810295
09 09 09
Tweencopy-80 (VV) Acofarma
Lote 130287 3 3 5
Propilenoglicol(VV) Acofarma
Lote 131337 10 30 30
Aacutegua (VV) - qbp 100 qbp 100 qbp 100
A biocompatibilidade das mateacuterias-primas empregues para a obtenccedilatildeo das soluccedilotildees torna este
novo conceito de eleacutetrodo uma alternativa promissora para utilizaccedilatildeo cliacutenica Esta biocompatibilidade
estaacute inversamente relacionada com a concentraccedilatildeo de cloretos de soacutedio ou seja quanto menor a
concentraccedilatildeo tanto maior a biocompatibilidade das soluccedilotildees Por esse motivo as soluccedilotildees
desenvolvidas contavam com pequenas concentraccedilotildees de sais de modo a ser o mais semelhante
possiacutevel aos componentes ioacutenicos da proacutepria pele humana
24
24
32 Produccedilatildeo dos novos eleacutetrodos
321 Produccedilatildeo da estrutura porosa de policarbonato
A produccedilatildeo da estrutura porosa (wicks) foi realizada atraveacutes da sinterizaccedilatildeo de poacutes de
policarbonato (PC)
No que diz respeito ao processo de fabrico propriamente
dito o primeiro passo consistiu na moagem da mateacuteria-prima
(policarbonato) de seguida estas partiacuteculas foram sinterizadas
atraveacutes de um equipamento designado por cilindro de sinterizaccedilatildeo
Este cilindro foi aquecido a uma temperatura de asymp170degC e atingida
esta gama de temperaturas colocaram-se as partiacuteculas no molde
ldquoWickrdquo com as dimensotildees apresentadas na Figura 12 que se
encontrava dentro do cilindro central Procedeu-se
imediatamente ao encaixe do pistatildeo no cilindro central Para
finalizar mergulhou-se em aacutegua fria o cilindro central contendo o
molde deixando de seguida secar agrave temperatura ambiente [36]
322 Preparaccedilatildeo dos eleacutetrodos de pratacloreto de prata
Para a deposiccedilatildeo da camada de cloreto de prata nos fios de prata recorreu-se a uma teacutecnica
de deposiccedilatildeo quiacutemica Para isso os fios de prata (Ag) (diacircmetro = 250 miacutecron 9999 Goodfellow
Cambridge) foram oxidados com uma soluccedilatildeo de cloreto de ferro (III) (MERCK Lote 7705-08-0) apoacutes
um preacute-tratamento que permitiu a remoccedilatildeo de impurezas e sujidades presentes na superfiacutecie dos fios
Este preacute-tratamento consistiu na limpeza da superfiacutecie dos fios com 2-propanol e posterior imersatildeo
dos mesmos numa tina de ultrassons com 2-propanol durante 10 minutos De seguida mergulharam-
se os fios de prata em aacutegua destilada de forma a remover todo o 2-propanol presente Finalmente
o processo de oxidaccedilatildeo consistiu em submergir os fios de prata numa soluccedilatildeo aquosa de FeCl3 50 mM
durante 2 minutos ao finalizar este periacuteodo foram armazenados durante 24h num recipiente revestido
com folha de alumiacutenio que possuiacutea uma soluccedilatildeo de HCl 01M para estabilizaccedilatildeo Os fios que natildeo foram
utilizados imediatamente foram armazenados num recipiente revestido com folha de alumiacutenio com
uma soluccedilatildeo de HCl 0005M O comprimento de cada fio de prata eacute aproximadamente de 8 cm
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato
25
25
323 Montagem dos eleacutetrodos
Apoacutes o fabrico da estrutura porosa e da preparaccedilatildeo dos
fios de prata procedeu-se agrave montagem dos eleacutetrodos para isso
cortaram-se pequenas porccedilotildees de uma esponja em poliuretano
com configuraccedilatildeo ciliacutendrica e um diacircmetro semelhante ao da
parte superior da estrutura porosa De seguida atravessou-se esta
esponja com o fio de prata e inseriu-se o conjunto ldquoesponja +
arame de pratardquo dentro de um orifiacutecio superior que a estrutura
porosa possui Finalmente incorporou-se esta estrutura dentro de
um tubo de PVC de modo a atingir a configuraccedilatildeo apresentada na
Figura 13
33 Preparaccedilatildeo dos ensaios
Antes do iniacutecio dos ensaios os eleacutetrodos foram previamente lavados com 2-propanol e
colocados na estufa de modo a evaporar os resiacuteduos do aacutelcool Posteriormente foi aplicada a soluccedilatildeo
hidratante que se pretendia estudar de modo a que a esponja ficasse completamente embebida Desta
forma por uma parte os novos eleacutetrodos em estudo foram testados recorrendo agraves soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 e por outra os eleacutetrodos que serviram como controlo (eleacutetrodo de AgAgCl
(BIO EASYCAP GmbH Alemanha)) utilizaram o gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) Foram tambeacutem utilizados eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) como referecircncia
Para os estudos eletroquiacutemicos incorporaram-se os eleacutetrodos numa montagem constituiacuteda por
um potenciostatogalvanostato Gamry G-300 (Gamry Instruments USA) De modo a diminuir o ruiacutedo
eletroacutenico os ensaios foram todos realizados dentro de uma Gaiola de Faraday Eacute importante referir
que uma vez o nosso sistema de aquisiccedilatildeo de dados era ldquoearth groundedrdquo seguiu-se a sugestatildeo da
bula do Gamry e optou-se unicamente por ligar o ldquofloating groundrdquo agrave gaiola
34 Condiccedilotildees dos ensaios
A primeira parte do trabalho foi desenvolvida laquoIn vitroraquo com eleacutetrodos multipino foi feito
entatildeo um estudo do ruido eletroquiacutemico entre eleacutetrodos do mesmo tipo nas diferentes soluccedilotildees
referidas na Tabela 2 De seguida realizou-se um estudo das impedacircncias dos novos eleacutetrodos nas
diferentes soluccedilotildees seguidos por um estudo de controlo realizado nas mesmas condiccedilotildees com o
eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente e o correspondente gel hidratante Estes ensaios foram
reproduzidos 3 vezes uma vez que em estudos anteriores jaacute se tinha verificado uma boa
reprodutibilidade dos ensaios
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios
26
26
Na segunda fase dos estudos realizou-se uma avaliaccedilatildeo do ruido da impedacircncia vs frequecircncia
laquoIn vivoraquo com as diferentes soluccedilotildees Estes ensaios foram realizados em 8 voluntaacuterios saudaacuteveis 6 do
sexo feminino e 2 do masculino Deste modo consegue-se escolher uma soluccedilatildeo para avanccedilar ao
estaacutegio seguinte que consistia na mediccedilatildeo e comparaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos obtidos tanto
com os eleacutetrodos de controlo como com os eleacutetrodos multipino porosos com a soluccedilatildeo hidratante mais
adequada Os resultados foram obtidos com a participaccedilatildeo de 2 voluntaacuterios saudaacuteveis de ambos sexos
341 Ensaios laquoIn vitroraquo
3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito
Nos ensaios de ruiacutedo eletroquiacutemico apenas foram utilizados eleacutetrodos multipino porosos
Fig14 (b) sendo um ligado ao terminal do eleacutetrodo de trabalho e o outro ao terminal do eleacutetrodo de
referecircncia A distacircncia entre os eleacutetrodos foi controlada durante o decorrer dos ensaios optando-se
por uma distacircncia de 3 cm entre os dois eleacutetrodos Foi tambeacutem realizada uma montagem de controlo
nas mesmas condiccedilotildees contudo esta era constituiacuteda por dois eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel
Electro-Cap International Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA)
Estabelecida a montagem do sistema eletroacutenico procedeu-se agrave mediccedilatildeo do ruiacutedo eleacutetrico em
circuito aberto para isso recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software ldquoESA410 Data Acquisitionrdquo da Gamry
um software projetado especificamente para a aquisiccedilatildeo e anaacutelise de sinais de ruiacutedo eletroquiacutemico
[37] Para aquisiccedilatildeo dos dados o ESA410trade associa-se ao potenciostato Gamry que faz aquisiccedilatildeo dos
dados em modo potenciostaacutetico a recolha dos dados eacute feita em circuito aberto O teste para cada
eleacutetrodo foi realizado ao longo de 12 minutos com uma taxa de amostragem constante de 1000 Hz
ao longo de todo o teste e um filtro de 10 A frequecircncia de amostragem foi escolhida tendo em conta
o Teorema de Nyquist que afirma que a frequecircncia de amostragem de um sinal analoacutegico para que
possa posteriormente ser reconstituiacutedo com o miacutenimo de perda de informaccedilatildeo deve ser igual ou maior
a duas vezes a maior frequecircncia do espectro desse sinal 119861 le119891119904
2 Por outras palavras a frequecircncia
maacutexima do sinal de entrada deveraacute ser menor ou igual a metade da taxa de amostragem [38] Para
que isto seja conseguido o sistema incorpora um filtro passa-baixo ldquoanti-aliasrdquo (deixa passar baixas
frequecircncias mas atenua as frequecircncias maiores do que a frequecircncia de Nyquist) [39]
3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito
Na montagem eletroacutenica dos ensaios de impedacircncia o contra eleacutetrodo era representado por
um eleacutetrodo comercial de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) o eleacutetrodo de trabalho um
eleacutetrodo poroso multipino (cada ensaio com as suas diferentes soluccedilotildees) e o eleacutetrodo de referecircncia
um eleacutetrodo de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) Fig14 (a) Optou-se tambeacutem pela
27
27
implementaccedilatildeo de um controlo com eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap International
Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap International Inc USA)
A obtenccedilatildeo dos dados eacute feita atraveacutes da teacutecnica de espectroscopia de impedacircncia
eletroquiacutemica em modo potenciostaacuteticordquo presente no software EIS300TM da Gamry neste modo de
funcionamento eacute aquirido um espectro de impedacircncia ao longo do intervalo de frequecircncias de 10 kHz
ateacute 01 Hz com uma tensatildeo AC aplicada (5 mV RMS) da tensatildeo de desvio DC (0 V vs circuito aberto)
e representados 3 pontos por deacutecada
(a) (b)
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo
342 Ensaios laquoIn vivoraquo
3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele
De modo a mensurar o ruiacutedo
causado pela interface entre o eletroacutelito e
a pele procedeu-se agrave montagem de um
sistema semelhante ao utilizado nos
ensaios do ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito dentro
de uma gaiola de Faraday contudo estes
ensaios foram realizados laquoIn vivoraquo
procedendo-se agrave colocaccedilatildeo dos dois
eleacutetrodos na zona anterior da tiacutebia com
um espaccedilo entre eles de 3 cm (Figura 15)
apoacutes a superfiacutecie da pele ter sido limpa
com etanol a 70
A montagem contava com um sistema de seguranccedila inserido em seacuterie no sistema de mediccedilatildeo
e que corta a corrente se esta for superior a 100 microA
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
28
28
A mediccedilatildeo do ruido foi feita tendo em conta o tipo de eleacutetrodo tendo-se para isso optado por
fazer as mediccedilotildees com eleacutetrodos do mesmo tipo ou seja num primeiro ensaio mensurou-se o ruido
entre 2 eleacutetrodos de pratacloreto de prata com o respetivo gel hidratante e numa segunda
abordagem optou-se por mensurar o ruido entre dois dos eleacutetrodos porosos com as diferentes soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 Contudo foi controlada a pressatildeo da banda que fixava os eleacutetrodos porosos
agrave tiacutebia sendo estipulado o valor da pressatildeo no intervalo de 15N a 2N
Neste ensaio o primeiro eleacutetrodo encontra-se ligado aos terminais dos eleacutetrodos de trabalho
o segundo ao terminal da referecircncia e o cabo do ground foi ligado agrave gaiola
Os paracircmetros dos ensaios foram os mesmos que os utilizados para a mediccedilatildeo do ruido
eleacutetrodo-eletroacutelito apresentados na secccedilatildeo 3411 contudo o tempo de aquisiccedilatildeo de sinal foi
reduzido a 5 minutos de modo a minorar o tempo de exposiccedilatildeo dos voluntaacuterios aos exames
3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele
laquoIn vivoraquo estes ensaios foram feitos logo
apoacutes a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico portanto a
superfiacutecie da pele se encontrava limpa e a
colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos obedecia agrave regra dos 3 cm
de distacircncia entre eleacutetrodos e 15-2N de pressatildeo
Para a mediccedilatildeo da impedacircncia eacute utilizada uma
configuraccedilatildeo diferente como referido no capitulo
33 Satildeo portanto utilizados 2 eleacutetrodos
comerciais de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH
Alemanha) um como referecircncia e outro como
contra eleacutetrodo e o eleacutetrodo em estudo
propiamente dito seja este o comercial (controlo)
ou o novo eleacutetrodo (Figura 16)
Os resultados obtidos para as diferentes
frequecircncias aleacutem de poderem ser representados
pelo diagrama de Nyquist como referido anteriormente podem tambeacutem ser representados num
Diagrama de Bode Neste diagrama a distribuiccedilatildeo dos valores de impedacircncia por vaacuterias ordens de
grandeza eacute representada em coordenadas polares (magnitude log|119885| em funccedilatildeo de log120596 )
3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos primariamente limpou-se a superfiacutecie do
escalpe com aacutelcool a 70 de modo a minimizar a camada gordurosa da pele De seguida procedeu-se
agrave colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos Foram colocados dois eleacutetrodos de AgAgCl (comerciais) um de forma a
servir como controlo (posiccedilatildeo O2) e outro em curto-circuito com o ground e a referecircncia (posiccedilatildeo
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino
durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia
29
29
Fp2) O eleacutetrodo poroso em estudo colocou-se a cerca de 3 cm do eleacutetrodo de AgAgCl posiccedilatildeo O2
de modo a captar o mesmo sinal que o obtido pelo eleacutetrodo de controlo (Figura 17)
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos
35 Implementaccedilatildeo em Matlab
Apoacutes a importaccedilatildeo do ficheiro obtido nos ensaios de ruiacutedo para o Matlab foi criado um filtro
Butterworth de ordem 20 de 05 ateacute 40 Hz atraveacutes da funccedilatildeo jaacute implementada pelo Matlab
ldquofdesignbandpassrdquo De seguida eacute aplicado o filtro duas vezes A primeira desde o primeiro ponto ateacute
o uacuteltimo e o segundo na ordem inversa Deste modo consegue-se natildeo soacute uma filtragem dupla mas
tambeacutem o cancelamento da fase dos filtros Assim efetivamente o filtro utilizado eacute de ordem 40 de
fase nula
De seguida eacute dividido o ensaio em segmentos de 30 segundos rejeitando os primeiros 10
segundos do ensaio Para cada segmento natildeo sobreposto eacute calculado o valor RMS da tensatildeo a
densidade espectral de potecircncia atraveacutes da estimaccedilatildeo pwelch do Matlab e o declive meacutedio (primeira
derivada do sinal) Contudo no final eacute calculada tambeacutem a densidade espectral de potecircncia global
que eacute expressa em dB
30
30
31
31
Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos
Resultados obtidos e discussatildeo
41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo
411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos
eleacutetrodos
Neste estudo eacute de extrema relevacircncia a eleiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante a utilizar Para isso
recorreu-se agrave realizaccedilatildeo de vaacuterios ensaios que possibilitassem uma avaliaccedilatildeo objetiva da resposta do
sistema Efetuou-se entatildeo primeiro uma anaacutelise do ruiacutedo ao longo de 12 minutos com os eleacutetrodos
multipino nas diferentes soluccedilotildees (um medido contra o outro) e a respetiva referecircncia de seguida
realizou-se um ensaio para mensurar a resistecircncia agrave passagem de corrente com os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees e a respetiva referecircncia
Assim sendo a Figura 18 revela a impedacircncia dos eleacutetrodos nas diferentes soluccedilotildees testadas
Nesta pode-se observar que a soluccedilatildeo 1 apresenta niacuteveis de impedacircncia ligeiramente mais baixos que
as restantes soluccedilotildees Contudo os seus niacuteveis encontram-se uma deacutecada acima dos valores obtidos
pelo eleacutetrodo e AgAgCl utilizado comercialmente com o respetivo gel hidratante Observa-se ainda
que os desvios padratildeo satildeo tatildeo baixos que quase natildeo satildeo percetiacuteveis o que significa que os ensaios satildeo
bastante reprodutiacuteveis Eacute tambeacutem importante notar que ao longo de todas as frequecircncias testadas
os valores de impedacircncia aleacutem de se encontrarem todos abaixo dos valores maacuteximos permitidos (20-
40 k) [35] encontram-se ainda abaixo dos 5 k referidos como valores de impedacircncia ideal por vaacuterios
fornecedores [40][41] o que eacute de extrema relevacircncia nos passos subsequentes de aquisiccedilatildeo do sinal
uma vez que eacute indispensaacutevel ter baixos niacuteveis de impedacircncia para conseguir captar ondas cerebrais
32
32
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Foram ainda feitas mediccedilotildees de ruiacutedo nas mesmas condiccedilotildees Realizando-se de seguida uma
anaacutelise no domiacutenio temporal e outra no domiacutenio das frequecircncias Para isso como foi referido no
capitulo 35 recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software Matlab A primeira anaacutelise eacute feita no domiacutenio
temporal (Figura 19 (a)) sob a forma de um graacutefico da tensatildeo meacutedia (RMS) em funccedilatildeo do tempo que
eacute obtida apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa-alto de modo a retirar a componente DC do sinal e assim
obter um sinal de ruiacutedo para altas frequecircncias que seraacute representado em periacuteodos de 30 segundos
Deste modo eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees da quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo de
estabilizaccedilatildeo do eleacutetrodo O que se observa eacute que os niacuteveis de ruiacutedo ao longo do tempo variam entre
185 microV ateacute 2 microV o que equivale a uma variaccedilatildeo maacutexima de 015 microV tanto para os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees como para o eleacutetrodo de AgAgCl no respetivo gel hidratante Observa-se
ainda que aleacutem das pequenas variaccedilotildees ao longo do tempo o desvio padratildeo para todas as soluccedilotildees eacute
muito semelhante sugerindo que natildeo haacute diferenccedilas significativas a niacutevel das soluccedilotildees implementadas
Eacute ainda de salientar que natildeo se observa nenhuma evoluccedilatildeo de ruiacutedo ao longo do tempo o que sugere
uma estabilizaccedilatildeo do sistema muito raacutepida A segunda anaacutelise no domiacutenio temporal corresponde ao
declive meacutedio (Figura 19 (b)) foi realizada recorrendo agrave primeira derivada do sinal em DC obtido a
cada 30 segundos Deste graacutefico eacute possiacutevel retirar informaccedilatildeo referente agrave deriva do potencial e ao
tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema Assim recorrendo agrave sua visualizaccedilatildeo observa-se que a
estabilizaccedilatildeo eacute feita de forma semelhante para todas as soluccedilotildees Contudo a soluccedilatildeo 3 apresenta
menos variaccedilotildees ao longo do tempo valores mais proacuteximos de zero e maior reprodutibilidade entre
ensaios Finalmente o teste de controlo efetuado com os eleacutetrodos comerciais de AgAgCl no gel
aparentam ser ligeiramente menos estaacuteveis contudo os valores se encontram na mesma gama de
tensotildees
33
33
Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Para concluir realizou-se uma anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias para isso recorreu-se ao
graacutefico da densidade espectral de tensatildeo (Figura 20) Nele observa-se que os resultados do ruiacutedo do
sinal aumentam com a diminuiccedilatildeo das frequecircncias numa proporccedilatildeo 119903119906iacute119889119900 ~ 1 119891119903119890119902119906ecirc119899119888119894119886frasl
confirmando os estudos feitos por E Huigen em 2002 [20] No entanto estes tendem a estabilizar a
partir dos 10 Hz em valores proacuteximos dos -238 dB Eacute de referir que a para frequecircncias elevadas o
sinal de ruiacutedo eacute determinado pelo ruiacutedo do amplificador e natildeo pelo ruiacutedo da interface metal-eletroacutelito
uma vez que este eacute significativamente menor do que o ruiacutedo do amplificador impedindo assim a sua
mediccedilatildeo mesmo com equipamentos de baixo ruiacutedo [20]
34
34
Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
35
35
a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
36
36
Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
37
37
Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
38
38
Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
39
39
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
40
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
41
41
Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
42
42
Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
43
43
Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
44
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VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
45
45
Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
48
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49
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Anexos
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Capiacutetulo 3 Materiais e meacutetodos
Materiais e meacutetodos
31 Preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes
Na preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes dissolveu-se cloreto de soacutedio (NaCl) em aacutegua
adicionando de seguida um tensioativo (tweencopy-80) e um humectante (propilenoglicol) As
concentraccedilotildees destes componentes variaram nas 3 soluccedilotildees conforme referido na Tabela 2 Conveacutem
referir que cada componente foi dissolvido em constante e contiacutenua agitaccedilatildeo numa placa de
agitaccedilatildeo tendo-se misturado primeiro o propilenogicol com o tweencopy e soacute depois com os restantes
compostos
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas
COMPONENTE INFORMACcedilAtildeO DO COMPONENTE SOLUCcedilAtildeO
1 2 3
NaCl (mV) VWR-BDH Prolabo Lote 27810295
09 09 09
Tweencopy-80 (VV) Acofarma
Lote 130287 3 3 5
Propilenoglicol(VV) Acofarma
Lote 131337 10 30 30
Aacutegua (VV) - qbp 100 qbp 100 qbp 100
A biocompatibilidade das mateacuterias-primas empregues para a obtenccedilatildeo das soluccedilotildees torna este
novo conceito de eleacutetrodo uma alternativa promissora para utilizaccedilatildeo cliacutenica Esta biocompatibilidade
estaacute inversamente relacionada com a concentraccedilatildeo de cloretos de soacutedio ou seja quanto menor a
concentraccedilatildeo tanto maior a biocompatibilidade das soluccedilotildees Por esse motivo as soluccedilotildees
desenvolvidas contavam com pequenas concentraccedilotildees de sais de modo a ser o mais semelhante
possiacutevel aos componentes ioacutenicos da proacutepria pele humana
24
24
32 Produccedilatildeo dos novos eleacutetrodos
321 Produccedilatildeo da estrutura porosa de policarbonato
A produccedilatildeo da estrutura porosa (wicks) foi realizada atraveacutes da sinterizaccedilatildeo de poacutes de
policarbonato (PC)
No que diz respeito ao processo de fabrico propriamente
dito o primeiro passo consistiu na moagem da mateacuteria-prima
(policarbonato) de seguida estas partiacuteculas foram sinterizadas
atraveacutes de um equipamento designado por cilindro de sinterizaccedilatildeo
Este cilindro foi aquecido a uma temperatura de asymp170degC e atingida
esta gama de temperaturas colocaram-se as partiacuteculas no molde
ldquoWickrdquo com as dimensotildees apresentadas na Figura 12 que se
encontrava dentro do cilindro central Procedeu-se
imediatamente ao encaixe do pistatildeo no cilindro central Para
finalizar mergulhou-se em aacutegua fria o cilindro central contendo o
molde deixando de seguida secar agrave temperatura ambiente [36]
322 Preparaccedilatildeo dos eleacutetrodos de pratacloreto de prata
Para a deposiccedilatildeo da camada de cloreto de prata nos fios de prata recorreu-se a uma teacutecnica
de deposiccedilatildeo quiacutemica Para isso os fios de prata (Ag) (diacircmetro = 250 miacutecron 9999 Goodfellow
Cambridge) foram oxidados com uma soluccedilatildeo de cloreto de ferro (III) (MERCK Lote 7705-08-0) apoacutes
um preacute-tratamento que permitiu a remoccedilatildeo de impurezas e sujidades presentes na superfiacutecie dos fios
Este preacute-tratamento consistiu na limpeza da superfiacutecie dos fios com 2-propanol e posterior imersatildeo
dos mesmos numa tina de ultrassons com 2-propanol durante 10 minutos De seguida mergulharam-
se os fios de prata em aacutegua destilada de forma a remover todo o 2-propanol presente Finalmente
o processo de oxidaccedilatildeo consistiu em submergir os fios de prata numa soluccedilatildeo aquosa de FeCl3 50 mM
durante 2 minutos ao finalizar este periacuteodo foram armazenados durante 24h num recipiente revestido
com folha de alumiacutenio que possuiacutea uma soluccedilatildeo de HCl 01M para estabilizaccedilatildeo Os fios que natildeo foram
utilizados imediatamente foram armazenados num recipiente revestido com folha de alumiacutenio com
uma soluccedilatildeo de HCl 0005M O comprimento de cada fio de prata eacute aproximadamente de 8 cm
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato
25
25
323 Montagem dos eleacutetrodos
Apoacutes o fabrico da estrutura porosa e da preparaccedilatildeo dos
fios de prata procedeu-se agrave montagem dos eleacutetrodos para isso
cortaram-se pequenas porccedilotildees de uma esponja em poliuretano
com configuraccedilatildeo ciliacutendrica e um diacircmetro semelhante ao da
parte superior da estrutura porosa De seguida atravessou-se esta
esponja com o fio de prata e inseriu-se o conjunto ldquoesponja +
arame de pratardquo dentro de um orifiacutecio superior que a estrutura
porosa possui Finalmente incorporou-se esta estrutura dentro de
um tubo de PVC de modo a atingir a configuraccedilatildeo apresentada na
Figura 13
33 Preparaccedilatildeo dos ensaios
Antes do iniacutecio dos ensaios os eleacutetrodos foram previamente lavados com 2-propanol e
colocados na estufa de modo a evaporar os resiacuteduos do aacutelcool Posteriormente foi aplicada a soluccedilatildeo
hidratante que se pretendia estudar de modo a que a esponja ficasse completamente embebida Desta
forma por uma parte os novos eleacutetrodos em estudo foram testados recorrendo agraves soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 e por outra os eleacutetrodos que serviram como controlo (eleacutetrodo de AgAgCl
(BIO EASYCAP GmbH Alemanha)) utilizaram o gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) Foram tambeacutem utilizados eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) como referecircncia
Para os estudos eletroquiacutemicos incorporaram-se os eleacutetrodos numa montagem constituiacuteda por
um potenciostatogalvanostato Gamry G-300 (Gamry Instruments USA) De modo a diminuir o ruiacutedo
eletroacutenico os ensaios foram todos realizados dentro de uma Gaiola de Faraday Eacute importante referir
que uma vez o nosso sistema de aquisiccedilatildeo de dados era ldquoearth groundedrdquo seguiu-se a sugestatildeo da
bula do Gamry e optou-se unicamente por ligar o ldquofloating groundrdquo agrave gaiola
34 Condiccedilotildees dos ensaios
A primeira parte do trabalho foi desenvolvida laquoIn vitroraquo com eleacutetrodos multipino foi feito
entatildeo um estudo do ruido eletroquiacutemico entre eleacutetrodos do mesmo tipo nas diferentes soluccedilotildees
referidas na Tabela 2 De seguida realizou-se um estudo das impedacircncias dos novos eleacutetrodos nas
diferentes soluccedilotildees seguidos por um estudo de controlo realizado nas mesmas condiccedilotildees com o
eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente e o correspondente gel hidratante Estes ensaios foram
reproduzidos 3 vezes uma vez que em estudos anteriores jaacute se tinha verificado uma boa
reprodutibilidade dos ensaios
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios
26
26
Na segunda fase dos estudos realizou-se uma avaliaccedilatildeo do ruido da impedacircncia vs frequecircncia
laquoIn vivoraquo com as diferentes soluccedilotildees Estes ensaios foram realizados em 8 voluntaacuterios saudaacuteveis 6 do
sexo feminino e 2 do masculino Deste modo consegue-se escolher uma soluccedilatildeo para avanccedilar ao
estaacutegio seguinte que consistia na mediccedilatildeo e comparaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos obtidos tanto
com os eleacutetrodos de controlo como com os eleacutetrodos multipino porosos com a soluccedilatildeo hidratante mais
adequada Os resultados foram obtidos com a participaccedilatildeo de 2 voluntaacuterios saudaacuteveis de ambos sexos
341 Ensaios laquoIn vitroraquo
3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito
Nos ensaios de ruiacutedo eletroquiacutemico apenas foram utilizados eleacutetrodos multipino porosos
Fig14 (b) sendo um ligado ao terminal do eleacutetrodo de trabalho e o outro ao terminal do eleacutetrodo de
referecircncia A distacircncia entre os eleacutetrodos foi controlada durante o decorrer dos ensaios optando-se
por uma distacircncia de 3 cm entre os dois eleacutetrodos Foi tambeacutem realizada uma montagem de controlo
nas mesmas condiccedilotildees contudo esta era constituiacuteda por dois eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel
Electro-Cap International Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA)
Estabelecida a montagem do sistema eletroacutenico procedeu-se agrave mediccedilatildeo do ruiacutedo eleacutetrico em
circuito aberto para isso recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software ldquoESA410 Data Acquisitionrdquo da Gamry
um software projetado especificamente para a aquisiccedilatildeo e anaacutelise de sinais de ruiacutedo eletroquiacutemico
[37] Para aquisiccedilatildeo dos dados o ESA410trade associa-se ao potenciostato Gamry que faz aquisiccedilatildeo dos
dados em modo potenciostaacutetico a recolha dos dados eacute feita em circuito aberto O teste para cada
eleacutetrodo foi realizado ao longo de 12 minutos com uma taxa de amostragem constante de 1000 Hz
ao longo de todo o teste e um filtro de 10 A frequecircncia de amostragem foi escolhida tendo em conta
o Teorema de Nyquist que afirma que a frequecircncia de amostragem de um sinal analoacutegico para que
possa posteriormente ser reconstituiacutedo com o miacutenimo de perda de informaccedilatildeo deve ser igual ou maior
a duas vezes a maior frequecircncia do espectro desse sinal 119861 le119891119904
2 Por outras palavras a frequecircncia
maacutexima do sinal de entrada deveraacute ser menor ou igual a metade da taxa de amostragem [38] Para
que isto seja conseguido o sistema incorpora um filtro passa-baixo ldquoanti-aliasrdquo (deixa passar baixas
frequecircncias mas atenua as frequecircncias maiores do que a frequecircncia de Nyquist) [39]
3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito
Na montagem eletroacutenica dos ensaios de impedacircncia o contra eleacutetrodo era representado por
um eleacutetrodo comercial de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) o eleacutetrodo de trabalho um
eleacutetrodo poroso multipino (cada ensaio com as suas diferentes soluccedilotildees) e o eleacutetrodo de referecircncia
um eleacutetrodo de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) Fig14 (a) Optou-se tambeacutem pela
27
27
implementaccedilatildeo de um controlo com eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap International
Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap International Inc USA)
A obtenccedilatildeo dos dados eacute feita atraveacutes da teacutecnica de espectroscopia de impedacircncia
eletroquiacutemica em modo potenciostaacuteticordquo presente no software EIS300TM da Gamry neste modo de
funcionamento eacute aquirido um espectro de impedacircncia ao longo do intervalo de frequecircncias de 10 kHz
ateacute 01 Hz com uma tensatildeo AC aplicada (5 mV RMS) da tensatildeo de desvio DC (0 V vs circuito aberto)
e representados 3 pontos por deacutecada
(a) (b)
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo
342 Ensaios laquoIn vivoraquo
3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele
De modo a mensurar o ruiacutedo
causado pela interface entre o eletroacutelito e
a pele procedeu-se agrave montagem de um
sistema semelhante ao utilizado nos
ensaios do ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito dentro
de uma gaiola de Faraday contudo estes
ensaios foram realizados laquoIn vivoraquo
procedendo-se agrave colocaccedilatildeo dos dois
eleacutetrodos na zona anterior da tiacutebia com
um espaccedilo entre eles de 3 cm (Figura 15)
apoacutes a superfiacutecie da pele ter sido limpa
com etanol a 70
A montagem contava com um sistema de seguranccedila inserido em seacuterie no sistema de mediccedilatildeo
e que corta a corrente se esta for superior a 100 microA
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
28
28
A mediccedilatildeo do ruido foi feita tendo em conta o tipo de eleacutetrodo tendo-se para isso optado por
fazer as mediccedilotildees com eleacutetrodos do mesmo tipo ou seja num primeiro ensaio mensurou-se o ruido
entre 2 eleacutetrodos de pratacloreto de prata com o respetivo gel hidratante e numa segunda
abordagem optou-se por mensurar o ruido entre dois dos eleacutetrodos porosos com as diferentes soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 Contudo foi controlada a pressatildeo da banda que fixava os eleacutetrodos porosos
agrave tiacutebia sendo estipulado o valor da pressatildeo no intervalo de 15N a 2N
Neste ensaio o primeiro eleacutetrodo encontra-se ligado aos terminais dos eleacutetrodos de trabalho
o segundo ao terminal da referecircncia e o cabo do ground foi ligado agrave gaiola
Os paracircmetros dos ensaios foram os mesmos que os utilizados para a mediccedilatildeo do ruido
eleacutetrodo-eletroacutelito apresentados na secccedilatildeo 3411 contudo o tempo de aquisiccedilatildeo de sinal foi
reduzido a 5 minutos de modo a minorar o tempo de exposiccedilatildeo dos voluntaacuterios aos exames
3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele
laquoIn vivoraquo estes ensaios foram feitos logo
apoacutes a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico portanto a
superfiacutecie da pele se encontrava limpa e a
colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos obedecia agrave regra dos 3 cm
de distacircncia entre eleacutetrodos e 15-2N de pressatildeo
Para a mediccedilatildeo da impedacircncia eacute utilizada uma
configuraccedilatildeo diferente como referido no capitulo
33 Satildeo portanto utilizados 2 eleacutetrodos
comerciais de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH
Alemanha) um como referecircncia e outro como
contra eleacutetrodo e o eleacutetrodo em estudo
propiamente dito seja este o comercial (controlo)
ou o novo eleacutetrodo (Figura 16)
Os resultados obtidos para as diferentes
frequecircncias aleacutem de poderem ser representados
pelo diagrama de Nyquist como referido anteriormente podem tambeacutem ser representados num
Diagrama de Bode Neste diagrama a distribuiccedilatildeo dos valores de impedacircncia por vaacuterias ordens de
grandeza eacute representada em coordenadas polares (magnitude log|119885| em funccedilatildeo de log120596 )
3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos primariamente limpou-se a superfiacutecie do
escalpe com aacutelcool a 70 de modo a minimizar a camada gordurosa da pele De seguida procedeu-se
agrave colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos Foram colocados dois eleacutetrodos de AgAgCl (comerciais) um de forma a
servir como controlo (posiccedilatildeo O2) e outro em curto-circuito com o ground e a referecircncia (posiccedilatildeo
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino
durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia
29
29
Fp2) O eleacutetrodo poroso em estudo colocou-se a cerca de 3 cm do eleacutetrodo de AgAgCl posiccedilatildeo O2
de modo a captar o mesmo sinal que o obtido pelo eleacutetrodo de controlo (Figura 17)
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos
35 Implementaccedilatildeo em Matlab
Apoacutes a importaccedilatildeo do ficheiro obtido nos ensaios de ruiacutedo para o Matlab foi criado um filtro
Butterworth de ordem 20 de 05 ateacute 40 Hz atraveacutes da funccedilatildeo jaacute implementada pelo Matlab
ldquofdesignbandpassrdquo De seguida eacute aplicado o filtro duas vezes A primeira desde o primeiro ponto ateacute
o uacuteltimo e o segundo na ordem inversa Deste modo consegue-se natildeo soacute uma filtragem dupla mas
tambeacutem o cancelamento da fase dos filtros Assim efetivamente o filtro utilizado eacute de ordem 40 de
fase nula
De seguida eacute dividido o ensaio em segmentos de 30 segundos rejeitando os primeiros 10
segundos do ensaio Para cada segmento natildeo sobreposto eacute calculado o valor RMS da tensatildeo a
densidade espectral de potecircncia atraveacutes da estimaccedilatildeo pwelch do Matlab e o declive meacutedio (primeira
derivada do sinal) Contudo no final eacute calculada tambeacutem a densidade espectral de potecircncia global
que eacute expressa em dB
30
30
31
31
Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos
Resultados obtidos e discussatildeo
41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo
411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos
eleacutetrodos
Neste estudo eacute de extrema relevacircncia a eleiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante a utilizar Para isso
recorreu-se agrave realizaccedilatildeo de vaacuterios ensaios que possibilitassem uma avaliaccedilatildeo objetiva da resposta do
sistema Efetuou-se entatildeo primeiro uma anaacutelise do ruiacutedo ao longo de 12 minutos com os eleacutetrodos
multipino nas diferentes soluccedilotildees (um medido contra o outro) e a respetiva referecircncia de seguida
realizou-se um ensaio para mensurar a resistecircncia agrave passagem de corrente com os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees e a respetiva referecircncia
Assim sendo a Figura 18 revela a impedacircncia dos eleacutetrodos nas diferentes soluccedilotildees testadas
Nesta pode-se observar que a soluccedilatildeo 1 apresenta niacuteveis de impedacircncia ligeiramente mais baixos que
as restantes soluccedilotildees Contudo os seus niacuteveis encontram-se uma deacutecada acima dos valores obtidos
pelo eleacutetrodo e AgAgCl utilizado comercialmente com o respetivo gel hidratante Observa-se ainda
que os desvios padratildeo satildeo tatildeo baixos que quase natildeo satildeo percetiacuteveis o que significa que os ensaios satildeo
bastante reprodutiacuteveis Eacute tambeacutem importante notar que ao longo de todas as frequecircncias testadas
os valores de impedacircncia aleacutem de se encontrarem todos abaixo dos valores maacuteximos permitidos (20-
40 k) [35] encontram-se ainda abaixo dos 5 k referidos como valores de impedacircncia ideal por vaacuterios
fornecedores [40][41] o que eacute de extrema relevacircncia nos passos subsequentes de aquisiccedilatildeo do sinal
uma vez que eacute indispensaacutevel ter baixos niacuteveis de impedacircncia para conseguir captar ondas cerebrais
32
32
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Foram ainda feitas mediccedilotildees de ruiacutedo nas mesmas condiccedilotildees Realizando-se de seguida uma
anaacutelise no domiacutenio temporal e outra no domiacutenio das frequecircncias Para isso como foi referido no
capitulo 35 recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software Matlab A primeira anaacutelise eacute feita no domiacutenio
temporal (Figura 19 (a)) sob a forma de um graacutefico da tensatildeo meacutedia (RMS) em funccedilatildeo do tempo que
eacute obtida apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa-alto de modo a retirar a componente DC do sinal e assim
obter um sinal de ruiacutedo para altas frequecircncias que seraacute representado em periacuteodos de 30 segundos
Deste modo eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees da quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo de
estabilizaccedilatildeo do eleacutetrodo O que se observa eacute que os niacuteveis de ruiacutedo ao longo do tempo variam entre
185 microV ateacute 2 microV o que equivale a uma variaccedilatildeo maacutexima de 015 microV tanto para os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees como para o eleacutetrodo de AgAgCl no respetivo gel hidratante Observa-se
ainda que aleacutem das pequenas variaccedilotildees ao longo do tempo o desvio padratildeo para todas as soluccedilotildees eacute
muito semelhante sugerindo que natildeo haacute diferenccedilas significativas a niacutevel das soluccedilotildees implementadas
Eacute ainda de salientar que natildeo se observa nenhuma evoluccedilatildeo de ruiacutedo ao longo do tempo o que sugere
uma estabilizaccedilatildeo do sistema muito raacutepida A segunda anaacutelise no domiacutenio temporal corresponde ao
declive meacutedio (Figura 19 (b)) foi realizada recorrendo agrave primeira derivada do sinal em DC obtido a
cada 30 segundos Deste graacutefico eacute possiacutevel retirar informaccedilatildeo referente agrave deriva do potencial e ao
tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema Assim recorrendo agrave sua visualizaccedilatildeo observa-se que a
estabilizaccedilatildeo eacute feita de forma semelhante para todas as soluccedilotildees Contudo a soluccedilatildeo 3 apresenta
menos variaccedilotildees ao longo do tempo valores mais proacuteximos de zero e maior reprodutibilidade entre
ensaios Finalmente o teste de controlo efetuado com os eleacutetrodos comerciais de AgAgCl no gel
aparentam ser ligeiramente menos estaacuteveis contudo os valores se encontram na mesma gama de
tensotildees
33
33
Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Para concluir realizou-se uma anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias para isso recorreu-se ao
graacutefico da densidade espectral de tensatildeo (Figura 20) Nele observa-se que os resultados do ruiacutedo do
sinal aumentam com a diminuiccedilatildeo das frequecircncias numa proporccedilatildeo 119903119906iacute119889119900 ~ 1 119891119903119890119902119906ecirc119899119888119894119886frasl
confirmando os estudos feitos por E Huigen em 2002 [20] No entanto estes tendem a estabilizar a
partir dos 10 Hz em valores proacuteximos dos -238 dB Eacute de referir que a para frequecircncias elevadas o
sinal de ruiacutedo eacute determinado pelo ruiacutedo do amplificador e natildeo pelo ruiacutedo da interface metal-eletroacutelito
uma vez que este eacute significativamente menor do que o ruiacutedo do amplificador impedindo assim a sua
mediccedilatildeo mesmo com equipamentos de baixo ruiacutedo [20]
34
34
Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
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a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
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Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
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37
Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
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38
Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
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Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
40
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
41
41
Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
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42
Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
43
43
Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
45
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Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
46
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
48
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49
49
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Anexos
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Capiacutetulo 3 Materiais e meacutetodos
Materiais e meacutetodos
31 Preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes
Na preparaccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes dissolveu-se cloreto de soacutedio (NaCl) em aacutegua
adicionando de seguida um tensioativo (tweencopy-80) e um humectante (propilenoglicol) As
concentraccedilotildees destes componentes variaram nas 3 soluccedilotildees conforme referido na Tabela 2 Conveacutem
referir que cada componente foi dissolvido em constante e contiacutenua agitaccedilatildeo numa placa de
agitaccedilatildeo tendo-se misturado primeiro o propilenogicol com o tweencopy e soacute depois com os restantes
compostos
Tabela 2 Composiccedilatildeo das soluccedilotildees hidratantes formuladas
COMPONENTE INFORMACcedilAtildeO DO COMPONENTE SOLUCcedilAtildeO
1 2 3
NaCl (mV) VWR-BDH Prolabo Lote 27810295
09 09 09
Tweencopy-80 (VV) Acofarma
Lote 130287 3 3 5
Propilenoglicol(VV) Acofarma
Lote 131337 10 30 30
Aacutegua (VV) - qbp 100 qbp 100 qbp 100
A biocompatibilidade das mateacuterias-primas empregues para a obtenccedilatildeo das soluccedilotildees torna este
novo conceito de eleacutetrodo uma alternativa promissora para utilizaccedilatildeo cliacutenica Esta biocompatibilidade
estaacute inversamente relacionada com a concentraccedilatildeo de cloretos de soacutedio ou seja quanto menor a
concentraccedilatildeo tanto maior a biocompatibilidade das soluccedilotildees Por esse motivo as soluccedilotildees
desenvolvidas contavam com pequenas concentraccedilotildees de sais de modo a ser o mais semelhante
possiacutevel aos componentes ioacutenicos da proacutepria pele humana
24
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32 Produccedilatildeo dos novos eleacutetrodos
321 Produccedilatildeo da estrutura porosa de policarbonato
A produccedilatildeo da estrutura porosa (wicks) foi realizada atraveacutes da sinterizaccedilatildeo de poacutes de
policarbonato (PC)
No que diz respeito ao processo de fabrico propriamente
dito o primeiro passo consistiu na moagem da mateacuteria-prima
(policarbonato) de seguida estas partiacuteculas foram sinterizadas
atraveacutes de um equipamento designado por cilindro de sinterizaccedilatildeo
Este cilindro foi aquecido a uma temperatura de asymp170degC e atingida
esta gama de temperaturas colocaram-se as partiacuteculas no molde
ldquoWickrdquo com as dimensotildees apresentadas na Figura 12 que se
encontrava dentro do cilindro central Procedeu-se
imediatamente ao encaixe do pistatildeo no cilindro central Para
finalizar mergulhou-se em aacutegua fria o cilindro central contendo o
molde deixando de seguida secar agrave temperatura ambiente [36]
322 Preparaccedilatildeo dos eleacutetrodos de pratacloreto de prata
Para a deposiccedilatildeo da camada de cloreto de prata nos fios de prata recorreu-se a uma teacutecnica
de deposiccedilatildeo quiacutemica Para isso os fios de prata (Ag) (diacircmetro = 250 miacutecron 9999 Goodfellow
Cambridge) foram oxidados com uma soluccedilatildeo de cloreto de ferro (III) (MERCK Lote 7705-08-0) apoacutes
um preacute-tratamento que permitiu a remoccedilatildeo de impurezas e sujidades presentes na superfiacutecie dos fios
Este preacute-tratamento consistiu na limpeza da superfiacutecie dos fios com 2-propanol e posterior imersatildeo
dos mesmos numa tina de ultrassons com 2-propanol durante 10 minutos De seguida mergulharam-
se os fios de prata em aacutegua destilada de forma a remover todo o 2-propanol presente Finalmente
o processo de oxidaccedilatildeo consistiu em submergir os fios de prata numa soluccedilatildeo aquosa de FeCl3 50 mM
durante 2 minutos ao finalizar este periacuteodo foram armazenados durante 24h num recipiente revestido
com folha de alumiacutenio que possuiacutea uma soluccedilatildeo de HCl 01M para estabilizaccedilatildeo Os fios que natildeo foram
utilizados imediatamente foram armazenados num recipiente revestido com folha de alumiacutenio com
uma soluccedilatildeo de HCl 0005M O comprimento de cada fio de prata eacute aproximadamente de 8 cm
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato
25
25
323 Montagem dos eleacutetrodos
Apoacutes o fabrico da estrutura porosa e da preparaccedilatildeo dos
fios de prata procedeu-se agrave montagem dos eleacutetrodos para isso
cortaram-se pequenas porccedilotildees de uma esponja em poliuretano
com configuraccedilatildeo ciliacutendrica e um diacircmetro semelhante ao da
parte superior da estrutura porosa De seguida atravessou-se esta
esponja com o fio de prata e inseriu-se o conjunto ldquoesponja +
arame de pratardquo dentro de um orifiacutecio superior que a estrutura
porosa possui Finalmente incorporou-se esta estrutura dentro de
um tubo de PVC de modo a atingir a configuraccedilatildeo apresentada na
Figura 13
33 Preparaccedilatildeo dos ensaios
Antes do iniacutecio dos ensaios os eleacutetrodos foram previamente lavados com 2-propanol e
colocados na estufa de modo a evaporar os resiacuteduos do aacutelcool Posteriormente foi aplicada a soluccedilatildeo
hidratante que se pretendia estudar de modo a que a esponja ficasse completamente embebida Desta
forma por uma parte os novos eleacutetrodos em estudo foram testados recorrendo agraves soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 e por outra os eleacutetrodos que serviram como controlo (eleacutetrodo de AgAgCl
(BIO EASYCAP GmbH Alemanha)) utilizaram o gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) Foram tambeacutem utilizados eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) como referecircncia
Para os estudos eletroquiacutemicos incorporaram-se os eleacutetrodos numa montagem constituiacuteda por
um potenciostatogalvanostato Gamry G-300 (Gamry Instruments USA) De modo a diminuir o ruiacutedo
eletroacutenico os ensaios foram todos realizados dentro de uma Gaiola de Faraday Eacute importante referir
que uma vez o nosso sistema de aquisiccedilatildeo de dados era ldquoearth groundedrdquo seguiu-se a sugestatildeo da
bula do Gamry e optou-se unicamente por ligar o ldquofloating groundrdquo agrave gaiola
34 Condiccedilotildees dos ensaios
A primeira parte do trabalho foi desenvolvida laquoIn vitroraquo com eleacutetrodos multipino foi feito
entatildeo um estudo do ruido eletroquiacutemico entre eleacutetrodos do mesmo tipo nas diferentes soluccedilotildees
referidas na Tabela 2 De seguida realizou-se um estudo das impedacircncias dos novos eleacutetrodos nas
diferentes soluccedilotildees seguidos por um estudo de controlo realizado nas mesmas condiccedilotildees com o
eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente e o correspondente gel hidratante Estes ensaios foram
reproduzidos 3 vezes uma vez que em estudos anteriores jaacute se tinha verificado uma boa
reprodutibilidade dos ensaios
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios
26
26
Na segunda fase dos estudos realizou-se uma avaliaccedilatildeo do ruido da impedacircncia vs frequecircncia
laquoIn vivoraquo com as diferentes soluccedilotildees Estes ensaios foram realizados em 8 voluntaacuterios saudaacuteveis 6 do
sexo feminino e 2 do masculino Deste modo consegue-se escolher uma soluccedilatildeo para avanccedilar ao
estaacutegio seguinte que consistia na mediccedilatildeo e comparaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos obtidos tanto
com os eleacutetrodos de controlo como com os eleacutetrodos multipino porosos com a soluccedilatildeo hidratante mais
adequada Os resultados foram obtidos com a participaccedilatildeo de 2 voluntaacuterios saudaacuteveis de ambos sexos
341 Ensaios laquoIn vitroraquo
3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito
Nos ensaios de ruiacutedo eletroquiacutemico apenas foram utilizados eleacutetrodos multipino porosos
Fig14 (b) sendo um ligado ao terminal do eleacutetrodo de trabalho e o outro ao terminal do eleacutetrodo de
referecircncia A distacircncia entre os eleacutetrodos foi controlada durante o decorrer dos ensaios optando-se
por uma distacircncia de 3 cm entre os dois eleacutetrodos Foi tambeacutem realizada uma montagem de controlo
nas mesmas condiccedilotildees contudo esta era constituiacuteda por dois eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel
Electro-Cap International Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA)
Estabelecida a montagem do sistema eletroacutenico procedeu-se agrave mediccedilatildeo do ruiacutedo eleacutetrico em
circuito aberto para isso recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software ldquoESA410 Data Acquisitionrdquo da Gamry
um software projetado especificamente para a aquisiccedilatildeo e anaacutelise de sinais de ruiacutedo eletroquiacutemico
[37] Para aquisiccedilatildeo dos dados o ESA410trade associa-se ao potenciostato Gamry que faz aquisiccedilatildeo dos
dados em modo potenciostaacutetico a recolha dos dados eacute feita em circuito aberto O teste para cada
eleacutetrodo foi realizado ao longo de 12 minutos com uma taxa de amostragem constante de 1000 Hz
ao longo de todo o teste e um filtro de 10 A frequecircncia de amostragem foi escolhida tendo em conta
o Teorema de Nyquist que afirma que a frequecircncia de amostragem de um sinal analoacutegico para que
possa posteriormente ser reconstituiacutedo com o miacutenimo de perda de informaccedilatildeo deve ser igual ou maior
a duas vezes a maior frequecircncia do espectro desse sinal 119861 le119891119904
2 Por outras palavras a frequecircncia
maacutexima do sinal de entrada deveraacute ser menor ou igual a metade da taxa de amostragem [38] Para
que isto seja conseguido o sistema incorpora um filtro passa-baixo ldquoanti-aliasrdquo (deixa passar baixas
frequecircncias mas atenua as frequecircncias maiores do que a frequecircncia de Nyquist) [39]
3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito
Na montagem eletroacutenica dos ensaios de impedacircncia o contra eleacutetrodo era representado por
um eleacutetrodo comercial de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) o eleacutetrodo de trabalho um
eleacutetrodo poroso multipino (cada ensaio com as suas diferentes soluccedilotildees) e o eleacutetrodo de referecircncia
um eleacutetrodo de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) Fig14 (a) Optou-se tambeacutem pela
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27
implementaccedilatildeo de um controlo com eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap International
Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap International Inc USA)
A obtenccedilatildeo dos dados eacute feita atraveacutes da teacutecnica de espectroscopia de impedacircncia
eletroquiacutemica em modo potenciostaacuteticordquo presente no software EIS300TM da Gamry neste modo de
funcionamento eacute aquirido um espectro de impedacircncia ao longo do intervalo de frequecircncias de 10 kHz
ateacute 01 Hz com uma tensatildeo AC aplicada (5 mV RMS) da tensatildeo de desvio DC (0 V vs circuito aberto)
e representados 3 pontos por deacutecada
(a) (b)
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo
342 Ensaios laquoIn vivoraquo
3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele
De modo a mensurar o ruiacutedo
causado pela interface entre o eletroacutelito e
a pele procedeu-se agrave montagem de um
sistema semelhante ao utilizado nos
ensaios do ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito dentro
de uma gaiola de Faraday contudo estes
ensaios foram realizados laquoIn vivoraquo
procedendo-se agrave colocaccedilatildeo dos dois
eleacutetrodos na zona anterior da tiacutebia com
um espaccedilo entre eles de 3 cm (Figura 15)
apoacutes a superfiacutecie da pele ter sido limpa
com etanol a 70
A montagem contava com um sistema de seguranccedila inserido em seacuterie no sistema de mediccedilatildeo
e que corta a corrente se esta for superior a 100 microA
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
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28
A mediccedilatildeo do ruido foi feita tendo em conta o tipo de eleacutetrodo tendo-se para isso optado por
fazer as mediccedilotildees com eleacutetrodos do mesmo tipo ou seja num primeiro ensaio mensurou-se o ruido
entre 2 eleacutetrodos de pratacloreto de prata com o respetivo gel hidratante e numa segunda
abordagem optou-se por mensurar o ruido entre dois dos eleacutetrodos porosos com as diferentes soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 Contudo foi controlada a pressatildeo da banda que fixava os eleacutetrodos porosos
agrave tiacutebia sendo estipulado o valor da pressatildeo no intervalo de 15N a 2N
Neste ensaio o primeiro eleacutetrodo encontra-se ligado aos terminais dos eleacutetrodos de trabalho
o segundo ao terminal da referecircncia e o cabo do ground foi ligado agrave gaiola
Os paracircmetros dos ensaios foram os mesmos que os utilizados para a mediccedilatildeo do ruido
eleacutetrodo-eletroacutelito apresentados na secccedilatildeo 3411 contudo o tempo de aquisiccedilatildeo de sinal foi
reduzido a 5 minutos de modo a minorar o tempo de exposiccedilatildeo dos voluntaacuterios aos exames
3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele
laquoIn vivoraquo estes ensaios foram feitos logo
apoacutes a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico portanto a
superfiacutecie da pele se encontrava limpa e a
colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos obedecia agrave regra dos 3 cm
de distacircncia entre eleacutetrodos e 15-2N de pressatildeo
Para a mediccedilatildeo da impedacircncia eacute utilizada uma
configuraccedilatildeo diferente como referido no capitulo
33 Satildeo portanto utilizados 2 eleacutetrodos
comerciais de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH
Alemanha) um como referecircncia e outro como
contra eleacutetrodo e o eleacutetrodo em estudo
propiamente dito seja este o comercial (controlo)
ou o novo eleacutetrodo (Figura 16)
Os resultados obtidos para as diferentes
frequecircncias aleacutem de poderem ser representados
pelo diagrama de Nyquist como referido anteriormente podem tambeacutem ser representados num
Diagrama de Bode Neste diagrama a distribuiccedilatildeo dos valores de impedacircncia por vaacuterias ordens de
grandeza eacute representada em coordenadas polares (magnitude log|119885| em funccedilatildeo de log120596 )
3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos primariamente limpou-se a superfiacutecie do
escalpe com aacutelcool a 70 de modo a minimizar a camada gordurosa da pele De seguida procedeu-se
agrave colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos Foram colocados dois eleacutetrodos de AgAgCl (comerciais) um de forma a
servir como controlo (posiccedilatildeo O2) e outro em curto-circuito com o ground e a referecircncia (posiccedilatildeo
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino
durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia
29
29
Fp2) O eleacutetrodo poroso em estudo colocou-se a cerca de 3 cm do eleacutetrodo de AgAgCl posiccedilatildeo O2
de modo a captar o mesmo sinal que o obtido pelo eleacutetrodo de controlo (Figura 17)
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos
35 Implementaccedilatildeo em Matlab
Apoacutes a importaccedilatildeo do ficheiro obtido nos ensaios de ruiacutedo para o Matlab foi criado um filtro
Butterworth de ordem 20 de 05 ateacute 40 Hz atraveacutes da funccedilatildeo jaacute implementada pelo Matlab
ldquofdesignbandpassrdquo De seguida eacute aplicado o filtro duas vezes A primeira desde o primeiro ponto ateacute
o uacuteltimo e o segundo na ordem inversa Deste modo consegue-se natildeo soacute uma filtragem dupla mas
tambeacutem o cancelamento da fase dos filtros Assim efetivamente o filtro utilizado eacute de ordem 40 de
fase nula
De seguida eacute dividido o ensaio em segmentos de 30 segundos rejeitando os primeiros 10
segundos do ensaio Para cada segmento natildeo sobreposto eacute calculado o valor RMS da tensatildeo a
densidade espectral de potecircncia atraveacutes da estimaccedilatildeo pwelch do Matlab e o declive meacutedio (primeira
derivada do sinal) Contudo no final eacute calculada tambeacutem a densidade espectral de potecircncia global
que eacute expressa em dB
30
30
31
31
Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos
Resultados obtidos e discussatildeo
41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo
411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos
eleacutetrodos
Neste estudo eacute de extrema relevacircncia a eleiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante a utilizar Para isso
recorreu-se agrave realizaccedilatildeo de vaacuterios ensaios que possibilitassem uma avaliaccedilatildeo objetiva da resposta do
sistema Efetuou-se entatildeo primeiro uma anaacutelise do ruiacutedo ao longo de 12 minutos com os eleacutetrodos
multipino nas diferentes soluccedilotildees (um medido contra o outro) e a respetiva referecircncia de seguida
realizou-se um ensaio para mensurar a resistecircncia agrave passagem de corrente com os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees e a respetiva referecircncia
Assim sendo a Figura 18 revela a impedacircncia dos eleacutetrodos nas diferentes soluccedilotildees testadas
Nesta pode-se observar que a soluccedilatildeo 1 apresenta niacuteveis de impedacircncia ligeiramente mais baixos que
as restantes soluccedilotildees Contudo os seus niacuteveis encontram-se uma deacutecada acima dos valores obtidos
pelo eleacutetrodo e AgAgCl utilizado comercialmente com o respetivo gel hidratante Observa-se ainda
que os desvios padratildeo satildeo tatildeo baixos que quase natildeo satildeo percetiacuteveis o que significa que os ensaios satildeo
bastante reprodutiacuteveis Eacute tambeacutem importante notar que ao longo de todas as frequecircncias testadas
os valores de impedacircncia aleacutem de se encontrarem todos abaixo dos valores maacuteximos permitidos (20-
40 k) [35] encontram-se ainda abaixo dos 5 k referidos como valores de impedacircncia ideal por vaacuterios
fornecedores [40][41] o que eacute de extrema relevacircncia nos passos subsequentes de aquisiccedilatildeo do sinal
uma vez que eacute indispensaacutevel ter baixos niacuteveis de impedacircncia para conseguir captar ondas cerebrais
32
32
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Foram ainda feitas mediccedilotildees de ruiacutedo nas mesmas condiccedilotildees Realizando-se de seguida uma
anaacutelise no domiacutenio temporal e outra no domiacutenio das frequecircncias Para isso como foi referido no
capitulo 35 recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software Matlab A primeira anaacutelise eacute feita no domiacutenio
temporal (Figura 19 (a)) sob a forma de um graacutefico da tensatildeo meacutedia (RMS) em funccedilatildeo do tempo que
eacute obtida apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa-alto de modo a retirar a componente DC do sinal e assim
obter um sinal de ruiacutedo para altas frequecircncias que seraacute representado em periacuteodos de 30 segundos
Deste modo eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees da quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo de
estabilizaccedilatildeo do eleacutetrodo O que se observa eacute que os niacuteveis de ruiacutedo ao longo do tempo variam entre
185 microV ateacute 2 microV o que equivale a uma variaccedilatildeo maacutexima de 015 microV tanto para os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees como para o eleacutetrodo de AgAgCl no respetivo gel hidratante Observa-se
ainda que aleacutem das pequenas variaccedilotildees ao longo do tempo o desvio padratildeo para todas as soluccedilotildees eacute
muito semelhante sugerindo que natildeo haacute diferenccedilas significativas a niacutevel das soluccedilotildees implementadas
Eacute ainda de salientar que natildeo se observa nenhuma evoluccedilatildeo de ruiacutedo ao longo do tempo o que sugere
uma estabilizaccedilatildeo do sistema muito raacutepida A segunda anaacutelise no domiacutenio temporal corresponde ao
declive meacutedio (Figura 19 (b)) foi realizada recorrendo agrave primeira derivada do sinal em DC obtido a
cada 30 segundos Deste graacutefico eacute possiacutevel retirar informaccedilatildeo referente agrave deriva do potencial e ao
tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema Assim recorrendo agrave sua visualizaccedilatildeo observa-se que a
estabilizaccedilatildeo eacute feita de forma semelhante para todas as soluccedilotildees Contudo a soluccedilatildeo 3 apresenta
menos variaccedilotildees ao longo do tempo valores mais proacuteximos de zero e maior reprodutibilidade entre
ensaios Finalmente o teste de controlo efetuado com os eleacutetrodos comerciais de AgAgCl no gel
aparentam ser ligeiramente menos estaacuteveis contudo os valores se encontram na mesma gama de
tensotildees
33
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Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Para concluir realizou-se uma anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias para isso recorreu-se ao
graacutefico da densidade espectral de tensatildeo (Figura 20) Nele observa-se que os resultados do ruiacutedo do
sinal aumentam com a diminuiccedilatildeo das frequecircncias numa proporccedilatildeo 119903119906iacute119889119900 ~ 1 119891119903119890119902119906ecirc119899119888119894119886frasl
confirmando os estudos feitos por E Huigen em 2002 [20] No entanto estes tendem a estabilizar a
partir dos 10 Hz em valores proacuteximos dos -238 dB Eacute de referir que a para frequecircncias elevadas o
sinal de ruiacutedo eacute determinado pelo ruiacutedo do amplificador e natildeo pelo ruiacutedo da interface metal-eletroacutelito
uma vez que este eacute significativamente menor do que o ruiacutedo do amplificador impedindo assim a sua
mediccedilatildeo mesmo com equipamentos de baixo ruiacutedo [20]
34
34
Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
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a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
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Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
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Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
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Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
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39
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
40
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
41
41
Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
42
42
Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
43
43
Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
45
45
Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
46
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
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Anexos
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32 Produccedilatildeo dos novos eleacutetrodos
321 Produccedilatildeo da estrutura porosa de policarbonato
A produccedilatildeo da estrutura porosa (wicks) foi realizada atraveacutes da sinterizaccedilatildeo de poacutes de
policarbonato (PC)
No que diz respeito ao processo de fabrico propriamente
dito o primeiro passo consistiu na moagem da mateacuteria-prima
(policarbonato) de seguida estas partiacuteculas foram sinterizadas
atraveacutes de um equipamento designado por cilindro de sinterizaccedilatildeo
Este cilindro foi aquecido a uma temperatura de asymp170degC e atingida
esta gama de temperaturas colocaram-se as partiacuteculas no molde
ldquoWickrdquo com as dimensotildees apresentadas na Figura 12 que se
encontrava dentro do cilindro central Procedeu-se
imediatamente ao encaixe do pistatildeo no cilindro central Para
finalizar mergulhou-se em aacutegua fria o cilindro central contendo o
molde deixando de seguida secar agrave temperatura ambiente [36]
322 Preparaccedilatildeo dos eleacutetrodos de pratacloreto de prata
Para a deposiccedilatildeo da camada de cloreto de prata nos fios de prata recorreu-se a uma teacutecnica
de deposiccedilatildeo quiacutemica Para isso os fios de prata (Ag) (diacircmetro = 250 miacutecron 9999 Goodfellow
Cambridge) foram oxidados com uma soluccedilatildeo de cloreto de ferro (III) (MERCK Lote 7705-08-0) apoacutes
um preacute-tratamento que permitiu a remoccedilatildeo de impurezas e sujidades presentes na superfiacutecie dos fios
Este preacute-tratamento consistiu na limpeza da superfiacutecie dos fios com 2-propanol e posterior imersatildeo
dos mesmos numa tina de ultrassons com 2-propanol durante 10 minutos De seguida mergulharam-
se os fios de prata em aacutegua destilada de forma a remover todo o 2-propanol presente Finalmente
o processo de oxidaccedilatildeo consistiu em submergir os fios de prata numa soluccedilatildeo aquosa de FeCl3 50 mM
durante 2 minutos ao finalizar este periacuteodo foram armazenados durante 24h num recipiente revestido
com folha de alumiacutenio que possuiacutea uma soluccedilatildeo de HCl 01M para estabilizaccedilatildeo Os fios que natildeo foram
utilizados imediatamente foram armazenados num recipiente revestido com folha de alumiacutenio com
uma soluccedilatildeo de HCl 0005M O comprimento de cada fio de prata eacute aproximadamente de 8 cm
Figura 12 Dimensotildees em miliacutemetros do novo eleacutetrodo multipino em policarbonato
25
25
323 Montagem dos eleacutetrodos
Apoacutes o fabrico da estrutura porosa e da preparaccedilatildeo dos
fios de prata procedeu-se agrave montagem dos eleacutetrodos para isso
cortaram-se pequenas porccedilotildees de uma esponja em poliuretano
com configuraccedilatildeo ciliacutendrica e um diacircmetro semelhante ao da
parte superior da estrutura porosa De seguida atravessou-se esta
esponja com o fio de prata e inseriu-se o conjunto ldquoesponja +
arame de pratardquo dentro de um orifiacutecio superior que a estrutura
porosa possui Finalmente incorporou-se esta estrutura dentro de
um tubo de PVC de modo a atingir a configuraccedilatildeo apresentada na
Figura 13
33 Preparaccedilatildeo dos ensaios
Antes do iniacutecio dos ensaios os eleacutetrodos foram previamente lavados com 2-propanol e
colocados na estufa de modo a evaporar os resiacuteduos do aacutelcool Posteriormente foi aplicada a soluccedilatildeo
hidratante que se pretendia estudar de modo a que a esponja ficasse completamente embebida Desta
forma por uma parte os novos eleacutetrodos em estudo foram testados recorrendo agraves soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 e por outra os eleacutetrodos que serviram como controlo (eleacutetrodo de AgAgCl
(BIO EASYCAP GmbH Alemanha)) utilizaram o gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) Foram tambeacutem utilizados eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) como referecircncia
Para os estudos eletroquiacutemicos incorporaram-se os eleacutetrodos numa montagem constituiacuteda por
um potenciostatogalvanostato Gamry G-300 (Gamry Instruments USA) De modo a diminuir o ruiacutedo
eletroacutenico os ensaios foram todos realizados dentro de uma Gaiola de Faraday Eacute importante referir
que uma vez o nosso sistema de aquisiccedilatildeo de dados era ldquoearth groundedrdquo seguiu-se a sugestatildeo da
bula do Gamry e optou-se unicamente por ligar o ldquofloating groundrdquo agrave gaiola
34 Condiccedilotildees dos ensaios
A primeira parte do trabalho foi desenvolvida laquoIn vitroraquo com eleacutetrodos multipino foi feito
entatildeo um estudo do ruido eletroquiacutemico entre eleacutetrodos do mesmo tipo nas diferentes soluccedilotildees
referidas na Tabela 2 De seguida realizou-se um estudo das impedacircncias dos novos eleacutetrodos nas
diferentes soluccedilotildees seguidos por um estudo de controlo realizado nas mesmas condiccedilotildees com o
eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente e o correspondente gel hidratante Estes ensaios foram
reproduzidos 3 vezes uma vez que em estudos anteriores jaacute se tinha verificado uma boa
reprodutibilidade dos ensaios
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios
26
26
Na segunda fase dos estudos realizou-se uma avaliaccedilatildeo do ruido da impedacircncia vs frequecircncia
laquoIn vivoraquo com as diferentes soluccedilotildees Estes ensaios foram realizados em 8 voluntaacuterios saudaacuteveis 6 do
sexo feminino e 2 do masculino Deste modo consegue-se escolher uma soluccedilatildeo para avanccedilar ao
estaacutegio seguinte que consistia na mediccedilatildeo e comparaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos obtidos tanto
com os eleacutetrodos de controlo como com os eleacutetrodos multipino porosos com a soluccedilatildeo hidratante mais
adequada Os resultados foram obtidos com a participaccedilatildeo de 2 voluntaacuterios saudaacuteveis de ambos sexos
341 Ensaios laquoIn vitroraquo
3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito
Nos ensaios de ruiacutedo eletroquiacutemico apenas foram utilizados eleacutetrodos multipino porosos
Fig14 (b) sendo um ligado ao terminal do eleacutetrodo de trabalho e o outro ao terminal do eleacutetrodo de
referecircncia A distacircncia entre os eleacutetrodos foi controlada durante o decorrer dos ensaios optando-se
por uma distacircncia de 3 cm entre os dois eleacutetrodos Foi tambeacutem realizada uma montagem de controlo
nas mesmas condiccedilotildees contudo esta era constituiacuteda por dois eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel
Electro-Cap International Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA)
Estabelecida a montagem do sistema eletroacutenico procedeu-se agrave mediccedilatildeo do ruiacutedo eleacutetrico em
circuito aberto para isso recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software ldquoESA410 Data Acquisitionrdquo da Gamry
um software projetado especificamente para a aquisiccedilatildeo e anaacutelise de sinais de ruiacutedo eletroquiacutemico
[37] Para aquisiccedilatildeo dos dados o ESA410trade associa-se ao potenciostato Gamry que faz aquisiccedilatildeo dos
dados em modo potenciostaacutetico a recolha dos dados eacute feita em circuito aberto O teste para cada
eleacutetrodo foi realizado ao longo de 12 minutos com uma taxa de amostragem constante de 1000 Hz
ao longo de todo o teste e um filtro de 10 A frequecircncia de amostragem foi escolhida tendo em conta
o Teorema de Nyquist que afirma que a frequecircncia de amostragem de um sinal analoacutegico para que
possa posteriormente ser reconstituiacutedo com o miacutenimo de perda de informaccedilatildeo deve ser igual ou maior
a duas vezes a maior frequecircncia do espectro desse sinal 119861 le119891119904
2 Por outras palavras a frequecircncia
maacutexima do sinal de entrada deveraacute ser menor ou igual a metade da taxa de amostragem [38] Para
que isto seja conseguido o sistema incorpora um filtro passa-baixo ldquoanti-aliasrdquo (deixa passar baixas
frequecircncias mas atenua as frequecircncias maiores do que a frequecircncia de Nyquist) [39]
3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito
Na montagem eletroacutenica dos ensaios de impedacircncia o contra eleacutetrodo era representado por
um eleacutetrodo comercial de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) o eleacutetrodo de trabalho um
eleacutetrodo poroso multipino (cada ensaio com as suas diferentes soluccedilotildees) e o eleacutetrodo de referecircncia
um eleacutetrodo de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) Fig14 (a) Optou-se tambeacutem pela
27
27
implementaccedilatildeo de um controlo com eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap International
Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap International Inc USA)
A obtenccedilatildeo dos dados eacute feita atraveacutes da teacutecnica de espectroscopia de impedacircncia
eletroquiacutemica em modo potenciostaacuteticordquo presente no software EIS300TM da Gamry neste modo de
funcionamento eacute aquirido um espectro de impedacircncia ao longo do intervalo de frequecircncias de 10 kHz
ateacute 01 Hz com uma tensatildeo AC aplicada (5 mV RMS) da tensatildeo de desvio DC (0 V vs circuito aberto)
e representados 3 pontos por deacutecada
(a) (b)
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo
342 Ensaios laquoIn vivoraquo
3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele
De modo a mensurar o ruiacutedo
causado pela interface entre o eletroacutelito e
a pele procedeu-se agrave montagem de um
sistema semelhante ao utilizado nos
ensaios do ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito dentro
de uma gaiola de Faraday contudo estes
ensaios foram realizados laquoIn vivoraquo
procedendo-se agrave colocaccedilatildeo dos dois
eleacutetrodos na zona anterior da tiacutebia com
um espaccedilo entre eles de 3 cm (Figura 15)
apoacutes a superfiacutecie da pele ter sido limpa
com etanol a 70
A montagem contava com um sistema de seguranccedila inserido em seacuterie no sistema de mediccedilatildeo
e que corta a corrente se esta for superior a 100 microA
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
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28
A mediccedilatildeo do ruido foi feita tendo em conta o tipo de eleacutetrodo tendo-se para isso optado por
fazer as mediccedilotildees com eleacutetrodos do mesmo tipo ou seja num primeiro ensaio mensurou-se o ruido
entre 2 eleacutetrodos de pratacloreto de prata com o respetivo gel hidratante e numa segunda
abordagem optou-se por mensurar o ruido entre dois dos eleacutetrodos porosos com as diferentes soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 Contudo foi controlada a pressatildeo da banda que fixava os eleacutetrodos porosos
agrave tiacutebia sendo estipulado o valor da pressatildeo no intervalo de 15N a 2N
Neste ensaio o primeiro eleacutetrodo encontra-se ligado aos terminais dos eleacutetrodos de trabalho
o segundo ao terminal da referecircncia e o cabo do ground foi ligado agrave gaiola
Os paracircmetros dos ensaios foram os mesmos que os utilizados para a mediccedilatildeo do ruido
eleacutetrodo-eletroacutelito apresentados na secccedilatildeo 3411 contudo o tempo de aquisiccedilatildeo de sinal foi
reduzido a 5 minutos de modo a minorar o tempo de exposiccedilatildeo dos voluntaacuterios aos exames
3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele
laquoIn vivoraquo estes ensaios foram feitos logo
apoacutes a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico portanto a
superfiacutecie da pele se encontrava limpa e a
colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos obedecia agrave regra dos 3 cm
de distacircncia entre eleacutetrodos e 15-2N de pressatildeo
Para a mediccedilatildeo da impedacircncia eacute utilizada uma
configuraccedilatildeo diferente como referido no capitulo
33 Satildeo portanto utilizados 2 eleacutetrodos
comerciais de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH
Alemanha) um como referecircncia e outro como
contra eleacutetrodo e o eleacutetrodo em estudo
propiamente dito seja este o comercial (controlo)
ou o novo eleacutetrodo (Figura 16)
Os resultados obtidos para as diferentes
frequecircncias aleacutem de poderem ser representados
pelo diagrama de Nyquist como referido anteriormente podem tambeacutem ser representados num
Diagrama de Bode Neste diagrama a distribuiccedilatildeo dos valores de impedacircncia por vaacuterias ordens de
grandeza eacute representada em coordenadas polares (magnitude log|119885| em funccedilatildeo de log120596 )
3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos primariamente limpou-se a superfiacutecie do
escalpe com aacutelcool a 70 de modo a minimizar a camada gordurosa da pele De seguida procedeu-se
agrave colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos Foram colocados dois eleacutetrodos de AgAgCl (comerciais) um de forma a
servir como controlo (posiccedilatildeo O2) e outro em curto-circuito com o ground e a referecircncia (posiccedilatildeo
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino
durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia
29
29
Fp2) O eleacutetrodo poroso em estudo colocou-se a cerca de 3 cm do eleacutetrodo de AgAgCl posiccedilatildeo O2
de modo a captar o mesmo sinal que o obtido pelo eleacutetrodo de controlo (Figura 17)
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos
35 Implementaccedilatildeo em Matlab
Apoacutes a importaccedilatildeo do ficheiro obtido nos ensaios de ruiacutedo para o Matlab foi criado um filtro
Butterworth de ordem 20 de 05 ateacute 40 Hz atraveacutes da funccedilatildeo jaacute implementada pelo Matlab
ldquofdesignbandpassrdquo De seguida eacute aplicado o filtro duas vezes A primeira desde o primeiro ponto ateacute
o uacuteltimo e o segundo na ordem inversa Deste modo consegue-se natildeo soacute uma filtragem dupla mas
tambeacutem o cancelamento da fase dos filtros Assim efetivamente o filtro utilizado eacute de ordem 40 de
fase nula
De seguida eacute dividido o ensaio em segmentos de 30 segundos rejeitando os primeiros 10
segundos do ensaio Para cada segmento natildeo sobreposto eacute calculado o valor RMS da tensatildeo a
densidade espectral de potecircncia atraveacutes da estimaccedilatildeo pwelch do Matlab e o declive meacutedio (primeira
derivada do sinal) Contudo no final eacute calculada tambeacutem a densidade espectral de potecircncia global
que eacute expressa em dB
30
30
31
31
Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos
Resultados obtidos e discussatildeo
41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo
411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos
eleacutetrodos
Neste estudo eacute de extrema relevacircncia a eleiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante a utilizar Para isso
recorreu-se agrave realizaccedilatildeo de vaacuterios ensaios que possibilitassem uma avaliaccedilatildeo objetiva da resposta do
sistema Efetuou-se entatildeo primeiro uma anaacutelise do ruiacutedo ao longo de 12 minutos com os eleacutetrodos
multipino nas diferentes soluccedilotildees (um medido contra o outro) e a respetiva referecircncia de seguida
realizou-se um ensaio para mensurar a resistecircncia agrave passagem de corrente com os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees e a respetiva referecircncia
Assim sendo a Figura 18 revela a impedacircncia dos eleacutetrodos nas diferentes soluccedilotildees testadas
Nesta pode-se observar que a soluccedilatildeo 1 apresenta niacuteveis de impedacircncia ligeiramente mais baixos que
as restantes soluccedilotildees Contudo os seus niacuteveis encontram-se uma deacutecada acima dos valores obtidos
pelo eleacutetrodo e AgAgCl utilizado comercialmente com o respetivo gel hidratante Observa-se ainda
que os desvios padratildeo satildeo tatildeo baixos que quase natildeo satildeo percetiacuteveis o que significa que os ensaios satildeo
bastante reprodutiacuteveis Eacute tambeacutem importante notar que ao longo de todas as frequecircncias testadas
os valores de impedacircncia aleacutem de se encontrarem todos abaixo dos valores maacuteximos permitidos (20-
40 k) [35] encontram-se ainda abaixo dos 5 k referidos como valores de impedacircncia ideal por vaacuterios
fornecedores [40][41] o que eacute de extrema relevacircncia nos passos subsequentes de aquisiccedilatildeo do sinal
uma vez que eacute indispensaacutevel ter baixos niacuteveis de impedacircncia para conseguir captar ondas cerebrais
32
32
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Foram ainda feitas mediccedilotildees de ruiacutedo nas mesmas condiccedilotildees Realizando-se de seguida uma
anaacutelise no domiacutenio temporal e outra no domiacutenio das frequecircncias Para isso como foi referido no
capitulo 35 recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software Matlab A primeira anaacutelise eacute feita no domiacutenio
temporal (Figura 19 (a)) sob a forma de um graacutefico da tensatildeo meacutedia (RMS) em funccedilatildeo do tempo que
eacute obtida apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa-alto de modo a retirar a componente DC do sinal e assim
obter um sinal de ruiacutedo para altas frequecircncias que seraacute representado em periacuteodos de 30 segundos
Deste modo eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees da quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo de
estabilizaccedilatildeo do eleacutetrodo O que se observa eacute que os niacuteveis de ruiacutedo ao longo do tempo variam entre
185 microV ateacute 2 microV o que equivale a uma variaccedilatildeo maacutexima de 015 microV tanto para os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees como para o eleacutetrodo de AgAgCl no respetivo gel hidratante Observa-se
ainda que aleacutem das pequenas variaccedilotildees ao longo do tempo o desvio padratildeo para todas as soluccedilotildees eacute
muito semelhante sugerindo que natildeo haacute diferenccedilas significativas a niacutevel das soluccedilotildees implementadas
Eacute ainda de salientar que natildeo se observa nenhuma evoluccedilatildeo de ruiacutedo ao longo do tempo o que sugere
uma estabilizaccedilatildeo do sistema muito raacutepida A segunda anaacutelise no domiacutenio temporal corresponde ao
declive meacutedio (Figura 19 (b)) foi realizada recorrendo agrave primeira derivada do sinal em DC obtido a
cada 30 segundos Deste graacutefico eacute possiacutevel retirar informaccedilatildeo referente agrave deriva do potencial e ao
tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema Assim recorrendo agrave sua visualizaccedilatildeo observa-se que a
estabilizaccedilatildeo eacute feita de forma semelhante para todas as soluccedilotildees Contudo a soluccedilatildeo 3 apresenta
menos variaccedilotildees ao longo do tempo valores mais proacuteximos de zero e maior reprodutibilidade entre
ensaios Finalmente o teste de controlo efetuado com os eleacutetrodos comerciais de AgAgCl no gel
aparentam ser ligeiramente menos estaacuteveis contudo os valores se encontram na mesma gama de
tensotildees
33
33
Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Para concluir realizou-se uma anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias para isso recorreu-se ao
graacutefico da densidade espectral de tensatildeo (Figura 20) Nele observa-se que os resultados do ruiacutedo do
sinal aumentam com a diminuiccedilatildeo das frequecircncias numa proporccedilatildeo 119903119906iacute119889119900 ~ 1 119891119903119890119902119906ecirc119899119888119894119886frasl
confirmando os estudos feitos por E Huigen em 2002 [20] No entanto estes tendem a estabilizar a
partir dos 10 Hz em valores proacuteximos dos -238 dB Eacute de referir que a para frequecircncias elevadas o
sinal de ruiacutedo eacute determinado pelo ruiacutedo do amplificador e natildeo pelo ruiacutedo da interface metal-eletroacutelito
uma vez que este eacute significativamente menor do que o ruiacutedo do amplificador impedindo assim a sua
mediccedilatildeo mesmo com equipamentos de baixo ruiacutedo [20]
34
34
Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
35
35
a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
36
36
Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
37
37
Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
38
38
Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
39
39
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
40
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
41
41
Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
42
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Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
43
43
Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
45
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Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
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Referecircncias
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Anexos
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323 Montagem dos eleacutetrodos
Apoacutes o fabrico da estrutura porosa e da preparaccedilatildeo dos
fios de prata procedeu-se agrave montagem dos eleacutetrodos para isso
cortaram-se pequenas porccedilotildees de uma esponja em poliuretano
com configuraccedilatildeo ciliacutendrica e um diacircmetro semelhante ao da
parte superior da estrutura porosa De seguida atravessou-se esta
esponja com o fio de prata e inseriu-se o conjunto ldquoesponja +
arame de pratardquo dentro de um orifiacutecio superior que a estrutura
porosa possui Finalmente incorporou-se esta estrutura dentro de
um tubo de PVC de modo a atingir a configuraccedilatildeo apresentada na
Figura 13
33 Preparaccedilatildeo dos ensaios
Antes do iniacutecio dos ensaios os eleacutetrodos foram previamente lavados com 2-propanol e
colocados na estufa de modo a evaporar os resiacuteduos do aacutelcool Posteriormente foi aplicada a soluccedilatildeo
hidratante que se pretendia estudar de modo a que a esponja ficasse completamente embebida Desta
forma por uma parte os novos eleacutetrodos em estudo foram testados recorrendo agraves soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 e por outra os eleacutetrodos que serviram como controlo (eleacutetrodo de AgAgCl
(BIO EASYCAP GmbH Alemanha)) utilizaram o gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) Foram tambeacutem utilizados eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA) como referecircncia
Para os estudos eletroquiacutemicos incorporaram-se os eleacutetrodos numa montagem constituiacuteda por
um potenciostatogalvanostato Gamry G-300 (Gamry Instruments USA) De modo a diminuir o ruiacutedo
eletroacutenico os ensaios foram todos realizados dentro de uma Gaiola de Faraday Eacute importante referir
que uma vez o nosso sistema de aquisiccedilatildeo de dados era ldquoearth groundedrdquo seguiu-se a sugestatildeo da
bula do Gamry e optou-se unicamente por ligar o ldquofloating groundrdquo agrave gaiola
34 Condiccedilotildees dos ensaios
A primeira parte do trabalho foi desenvolvida laquoIn vitroraquo com eleacutetrodos multipino foi feito
entatildeo um estudo do ruido eletroquiacutemico entre eleacutetrodos do mesmo tipo nas diferentes soluccedilotildees
referidas na Tabela 2 De seguida realizou-se um estudo das impedacircncias dos novos eleacutetrodos nas
diferentes soluccedilotildees seguidos por um estudo de controlo realizado nas mesmas condiccedilotildees com o
eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente e o correspondente gel hidratante Estes ensaios foram
reproduzidos 3 vezes uma vez que em estudos anteriores jaacute se tinha verificado uma boa
reprodutibilidade dos ensaios
Figura 13 Eleacutetrodo multipino de policarbonato com reservatoacuterio utilizado nos ensaios
26
26
Na segunda fase dos estudos realizou-se uma avaliaccedilatildeo do ruido da impedacircncia vs frequecircncia
laquoIn vivoraquo com as diferentes soluccedilotildees Estes ensaios foram realizados em 8 voluntaacuterios saudaacuteveis 6 do
sexo feminino e 2 do masculino Deste modo consegue-se escolher uma soluccedilatildeo para avanccedilar ao
estaacutegio seguinte que consistia na mediccedilatildeo e comparaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos obtidos tanto
com os eleacutetrodos de controlo como com os eleacutetrodos multipino porosos com a soluccedilatildeo hidratante mais
adequada Os resultados foram obtidos com a participaccedilatildeo de 2 voluntaacuterios saudaacuteveis de ambos sexos
341 Ensaios laquoIn vitroraquo
3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito
Nos ensaios de ruiacutedo eletroquiacutemico apenas foram utilizados eleacutetrodos multipino porosos
Fig14 (b) sendo um ligado ao terminal do eleacutetrodo de trabalho e o outro ao terminal do eleacutetrodo de
referecircncia A distacircncia entre os eleacutetrodos foi controlada durante o decorrer dos ensaios optando-se
por uma distacircncia de 3 cm entre os dois eleacutetrodos Foi tambeacutem realizada uma montagem de controlo
nas mesmas condiccedilotildees contudo esta era constituiacuteda por dois eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel
Electro-Cap International Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA)
Estabelecida a montagem do sistema eletroacutenico procedeu-se agrave mediccedilatildeo do ruiacutedo eleacutetrico em
circuito aberto para isso recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software ldquoESA410 Data Acquisitionrdquo da Gamry
um software projetado especificamente para a aquisiccedilatildeo e anaacutelise de sinais de ruiacutedo eletroquiacutemico
[37] Para aquisiccedilatildeo dos dados o ESA410trade associa-se ao potenciostato Gamry que faz aquisiccedilatildeo dos
dados em modo potenciostaacutetico a recolha dos dados eacute feita em circuito aberto O teste para cada
eleacutetrodo foi realizado ao longo de 12 minutos com uma taxa de amostragem constante de 1000 Hz
ao longo de todo o teste e um filtro de 10 A frequecircncia de amostragem foi escolhida tendo em conta
o Teorema de Nyquist que afirma que a frequecircncia de amostragem de um sinal analoacutegico para que
possa posteriormente ser reconstituiacutedo com o miacutenimo de perda de informaccedilatildeo deve ser igual ou maior
a duas vezes a maior frequecircncia do espectro desse sinal 119861 le119891119904
2 Por outras palavras a frequecircncia
maacutexima do sinal de entrada deveraacute ser menor ou igual a metade da taxa de amostragem [38] Para
que isto seja conseguido o sistema incorpora um filtro passa-baixo ldquoanti-aliasrdquo (deixa passar baixas
frequecircncias mas atenua as frequecircncias maiores do que a frequecircncia de Nyquist) [39]
3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito
Na montagem eletroacutenica dos ensaios de impedacircncia o contra eleacutetrodo era representado por
um eleacutetrodo comercial de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) o eleacutetrodo de trabalho um
eleacutetrodo poroso multipino (cada ensaio com as suas diferentes soluccedilotildees) e o eleacutetrodo de referecircncia
um eleacutetrodo de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) Fig14 (a) Optou-se tambeacutem pela
27
27
implementaccedilatildeo de um controlo com eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap International
Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap International Inc USA)
A obtenccedilatildeo dos dados eacute feita atraveacutes da teacutecnica de espectroscopia de impedacircncia
eletroquiacutemica em modo potenciostaacuteticordquo presente no software EIS300TM da Gamry neste modo de
funcionamento eacute aquirido um espectro de impedacircncia ao longo do intervalo de frequecircncias de 10 kHz
ateacute 01 Hz com uma tensatildeo AC aplicada (5 mV RMS) da tensatildeo de desvio DC (0 V vs circuito aberto)
e representados 3 pontos por deacutecada
(a) (b)
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo
342 Ensaios laquoIn vivoraquo
3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele
De modo a mensurar o ruiacutedo
causado pela interface entre o eletroacutelito e
a pele procedeu-se agrave montagem de um
sistema semelhante ao utilizado nos
ensaios do ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito dentro
de uma gaiola de Faraday contudo estes
ensaios foram realizados laquoIn vivoraquo
procedendo-se agrave colocaccedilatildeo dos dois
eleacutetrodos na zona anterior da tiacutebia com
um espaccedilo entre eles de 3 cm (Figura 15)
apoacutes a superfiacutecie da pele ter sido limpa
com etanol a 70
A montagem contava com um sistema de seguranccedila inserido em seacuterie no sistema de mediccedilatildeo
e que corta a corrente se esta for superior a 100 microA
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
28
28
A mediccedilatildeo do ruido foi feita tendo em conta o tipo de eleacutetrodo tendo-se para isso optado por
fazer as mediccedilotildees com eleacutetrodos do mesmo tipo ou seja num primeiro ensaio mensurou-se o ruido
entre 2 eleacutetrodos de pratacloreto de prata com o respetivo gel hidratante e numa segunda
abordagem optou-se por mensurar o ruido entre dois dos eleacutetrodos porosos com as diferentes soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 Contudo foi controlada a pressatildeo da banda que fixava os eleacutetrodos porosos
agrave tiacutebia sendo estipulado o valor da pressatildeo no intervalo de 15N a 2N
Neste ensaio o primeiro eleacutetrodo encontra-se ligado aos terminais dos eleacutetrodos de trabalho
o segundo ao terminal da referecircncia e o cabo do ground foi ligado agrave gaiola
Os paracircmetros dos ensaios foram os mesmos que os utilizados para a mediccedilatildeo do ruido
eleacutetrodo-eletroacutelito apresentados na secccedilatildeo 3411 contudo o tempo de aquisiccedilatildeo de sinal foi
reduzido a 5 minutos de modo a minorar o tempo de exposiccedilatildeo dos voluntaacuterios aos exames
3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele
laquoIn vivoraquo estes ensaios foram feitos logo
apoacutes a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico portanto a
superfiacutecie da pele se encontrava limpa e a
colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos obedecia agrave regra dos 3 cm
de distacircncia entre eleacutetrodos e 15-2N de pressatildeo
Para a mediccedilatildeo da impedacircncia eacute utilizada uma
configuraccedilatildeo diferente como referido no capitulo
33 Satildeo portanto utilizados 2 eleacutetrodos
comerciais de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH
Alemanha) um como referecircncia e outro como
contra eleacutetrodo e o eleacutetrodo em estudo
propiamente dito seja este o comercial (controlo)
ou o novo eleacutetrodo (Figura 16)
Os resultados obtidos para as diferentes
frequecircncias aleacutem de poderem ser representados
pelo diagrama de Nyquist como referido anteriormente podem tambeacutem ser representados num
Diagrama de Bode Neste diagrama a distribuiccedilatildeo dos valores de impedacircncia por vaacuterias ordens de
grandeza eacute representada em coordenadas polares (magnitude log|119885| em funccedilatildeo de log120596 )
3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos primariamente limpou-se a superfiacutecie do
escalpe com aacutelcool a 70 de modo a minimizar a camada gordurosa da pele De seguida procedeu-se
agrave colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos Foram colocados dois eleacutetrodos de AgAgCl (comerciais) um de forma a
servir como controlo (posiccedilatildeo O2) e outro em curto-circuito com o ground e a referecircncia (posiccedilatildeo
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino
durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia
29
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Fp2) O eleacutetrodo poroso em estudo colocou-se a cerca de 3 cm do eleacutetrodo de AgAgCl posiccedilatildeo O2
de modo a captar o mesmo sinal que o obtido pelo eleacutetrodo de controlo (Figura 17)
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos
35 Implementaccedilatildeo em Matlab
Apoacutes a importaccedilatildeo do ficheiro obtido nos ensaios de ruiacutedo para o Matlab foi criado um filtro
Butterworth de ordem 20 de 05 ateacute 40 Hz atraveacutes da funccedilatildeo jaacute implementada pelo Matlab
ldquofdesignbandpassrdquo De seguida eacute aplicado o filtro duas vezes A primeira desde o primeiro ponto ateacute
o uacuteltimo e o segundo na ordem inversa Deste modo consegue-se natildeo soacute uma filtragem dupla mas
tambeacutem o cancelamento da fase dos filtros Assim efetivamente o filtro utilizado eacute de ordem 40 de
fase nula
De seguida eacute dividido o ensaio em segmentos de 30 segundos rejeitando os primeiros 10
segundos do ensaio Para cada segmento natildeo sobreposto eacute calculado o valor RMS da tensatildeo a
densidade espectral de potecircncia atraveacutes da estimaccedilatildeo pwelch do Matlab e o declive meacutedio (primeira
derivada do sinal) Contudo no final eacute calculada tambeacutem a densidade espectral de potecircncia global
que eacute expressa em dB
30
30
31
31
Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos
Resultados obtidos e discussatildeo
41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo
411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos
eleacutetrodos
Neste estudo eacute de extrema relevacircncia a eleiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante a utilizar Para isso
recorreu-se agrave realizaccedilatildeo de vaacuterios ensaios que possibilitassem uma avaliaccedilatildeo objetiva da resposta do
sistema Efetuou-se entatildeo primeiro uma anaacutelise do ruiacutedo ao longo de 12 minutos com os eleacutetrodos
multipino nas diferentes soluccedilotildees (um medido contra o outro) e a respetiva referecircncia de seguida
realizou-se um ensaio para mensurar a resistecircncia agrave passagem de corrente com os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees e a respetiva referecircncia
Assim sendo a Figura 18 revela a impedacircncia dos eleacutetrodos nas diferentes soluccedilotildees testadas
Nesta pode-se observar que a soluccedilatildeo 1 apresenta niacuteveis de impedacircncia ligeiramente mais baixos que
as restantes soluccedilotildees Contudo os seus niacuteveis encontram-se uma deacutecada acima dos valores obtidos
pelo eleacutetrodo e AgAgCl utilizado comercialmente com o respetivo gel hidratante Observa-se ainda
que os desvios padratildeo satildeo tatildeo baixos que quase natildeo satildeo percetiacuteveis o que significa que os ensaios satildeo
bastante reprodutiacuteveis Eacute tambeacutem importante notar que ao longo de todas as frequecircncias testadas
os valores de impedacircncia aleacutem de se encontrarem todos abaixo dos valores maacuteximos permitidos (20-
40 k) [35] encontram-se ainda abaixo dos 5 k referidos como valores de impedacircncia ideal por vaacuterios
fornecedores [40][41] o que eacute de extrema relevacircncia nos passos subsequentes de aquisiccedilatildeo do sinal
uma vez que eacute indispensaacutevel ter baixos niacuteveis de impedacircncia para conseguir captar ondas cerebrais
32
32
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Foram ainda feitas mediccedilotildees de ruiacutedo nas mesmas condiccedilotildees Realizando-se de seguida uma
anaacutelise no domiacutenio temporal e outra no domiacutenio das frequecircncias Para isso como foi referido no
capitulo 35 recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software Matlab A primeira anaacutelise eacute feita no domiacutenio
temporal (Figura 19 (a)) sob a forma de um graacutefico da tensatildeo meacutedia (RMS) em funccedilatildeo do tempo que
eacute obtida apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa-alto de modo a retirar a componente DC do sinal e assim
obter um sinal de ruiacutedo para altas frequecircncias que seraacute representado em periacuteodos de 30 segundos
Deste modo eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees da quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo de
estabilizaccedilatildeo do eleacutetrodo O que se observa eacute que os niacuteveis de ruiacutedo ao longo do tempo variam entre
185 microV ateacute 2 microV o que equivale a uma variaccedilatildeo maacutexima de 015 microV tanto para os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees como para o eleacutetrodo de AgAgCl no respetivo gel hidratante Observa-se
ainda que aleacutem das pequenas variaccedilotildees ao longo do tempo o desvio padratildeo para todas as soluccedilotildees eacute
muito semelhante sugerindo que natildeo haacute diferenccedilas significativas a niacutevel das soluccedilotildees implementadas
Eacute ainda de salientar que natildeo se observa nenhuma evoluccedilatildeo de ruiacutedo ao longo do tempo o que sugere
uma estabilizaccedilatildeo do sistema muito raacutepida A segunda anaacutelise no domiacutenio temporal corresponde ao
declive meacutedio (Figura 19 (b)) foi realizada recorrendo agrave primeira derivada do sinal em DC obtido a
cada 30 segundos Deste graacutefico eacute possiacutevel retirar informaccedilatildeo referente agrave deriva do potencial e ao
tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema Assim recorrendo agrave sua visualizaccedilatildeo observa-se que a
estabilizaccedilatildeo eacute feita de forma semelhante para todas as soluccedilotildees Contudo a soluccedilatildeo 3 apresenta
menos variaccedilotildees ao longo do tempo valores mais proacuteximos de zero e maior reprodutibilidade entre
ensaios Finalmente o teste de controlo efetuado com os eleacutetrodos comerciais de AgAgCl no gel
aparentam ser ligeiramente menos estaacuteveis contudo os valores se encontram na mesma gama de
tensotildees
33
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Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Para concluir realizou-se uma anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias para isso recorreu-se ao
graacutefico da densidade espectral de tensatildeo (Figura 20) Nele observa-se que os resultados do ruiacutedo do
sinal aumentam com a diminuiccedilatildeo das frequecircncias numa proporccedilatildeo 119903119906iacute119889119900 ~ 1 119891119903119890119902119906ecirc119899119888119894119886frasl
confirmando os estudos feitos por E Huigen em 2002 [20] No entanto estes tendem a estabilizar a
partir dos 10 Hz em valores proacuteximos dos -238 dB Eacute de referir que a para frequecircncias elevadas o
sinal de ruiacutedo eacute determinado pelo ruiacutedo do amplificador e natildeo pelo ruiacutedo da interface metal-eletroacutelito
uma vez que este eacute significativamente menor do que o ruiacutedo do amplificador impedindo assim a sua
mediccedilatildeo mesmo com equipamentos de baixo ruiacutedo [20]
34
34
Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
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a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
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Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
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Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
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Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
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Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
40
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
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41
Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
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Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
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Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
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Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
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Anexos
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Na segunda fase dos estudos realizou-se uma avaliaccedilatildeo do ruido da impedacircncia vs frequecircncia
laquoIn vivoraquo com as diferentes soluccedilotildees Estes ensaios foram realizados em 8 voluntaacuterios saudaacuteveis 6 do
sexo feminino e 2 do masculino Deste modo consegue-se escolher uma soluccedilatildeo para avanccedilar ao
estaacutegio seguinte que consistia na mediccedilatildeo e comparaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos obtidos tanto
com os eleacutetrodos de controlo como com os eleacutetrodos multipino porosos com a soluccedilatildeo hidratante mais
adequada Os resultados foram obtidos com a participaccedilatildeo de 2 voluntaacuterios saudaacuteveis de ambos sexos
341 Ensaios laquoIn vitroraquo
3411 Ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito
Nos ensaios de ruiacutedo eletroquiacutemico apenas foram utilizados eleacutetrodos multipino porosos
Fig14 (b) sendo um ligado ao terminal do eleacutetrodo de trabalho e o outro ao terminal do eleacutetrodo de
referecircncia A distacircncia entre os eleacutetrodos foi controlada durante o decorrer dos ensaios optando-se
por uma distacircncia de 3 cm entre os dois eleacutetrodos Foi tambeacutem realizada uma montagem de controlo
nas mesmas condiccedilotildees contudo esta era constituiacuteda por dois eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel
Electro-Cap International Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap
International Inc USA)
Estabelecida a montagem do sistema eletroacutenico procedeu-se agrave mediccedilatildeo do ruiacutedo eleacutetrico em
circuito aberto para isso recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software ldquoESA410 Data Acquisitionrdquo da Gamry
um software projetado especificamente para a aquisiccedilatildeo e anaacutelise de sinais de ruiacutedo eletroquiacutemico
[37] Para aquisiccedilatildeo dos dados o ESA410trade associa-se ao potenciostato Gamry que faz aquisiccedilatildeo dos
dados em modo potenciostaacutetico a recolha dos dados eacute feita em circuito aberto O teste para cada
eleacutetrodo foi realizado ao longo de 12 minutos com uma taxa de amostragem constante de 1000 Hz
ao longo de todo o teste e um filtro de 10 A frequecircncia de amostragem foi escolhida tendo em conta
o Teorema de Nyquist que afirma que a frequecircncia de amostragem de um sinal analoacutegico para que
possa posteriormente ser reconstituiacutedo com o miacutenimo de perda de informaccedilatildeo deve ser igual ou maior
a duas vezes a maior frequecircncia do espectro desse sinal 119861 le119891119904
2 Por outras palavras a frequecircncia
maacutexima do sinal de entrada deveraacute ser menor ou igual a metade da taxa de amostragem [38] Para
que isto seja conseguido o sistema incorpora um filtro passa-baixo ldquoanti-aliasrdquo (deixa passar baixas
frequecircncias mas atenua as frequecircncias maiores do que a frequecircncia de Nyquist) [39]
3412 Impedacircncia eleacutetrodo-eletroacutelito
Na montagem eletroacutenica dos ensaios de impedacircncia o contra eleacutetrodo era representado por
um eleacutetrodo comercial de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) o eleacutetrodo de trabalho um
eleacutetrodo poroso multipino (cada ensaio com as suas diferentes soluccedilotildees) e o eleacutetrodo de referecircncia
um eleacutetrodo de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH Alemanha) Fig14 (a) Optou-se tambeacutem pela
27
27
implementaccedilatildeo de um controlo com eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap International
Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap International Inc USA)
A obtenccedilatildeo dos dados eacute feita atraveacutes da teacutecnica de espectroscopia de impedacircncia
eletroquiacutemica em modo potenciostaacuteticordquo presente no software EIS300TM da Gamry neste modo de
funcionamento eacute aquirido um espectro de impedacircncia ao longo do intervalo de frequecircncias de 10 kHz
ateacute 01 Hz com uma tensatildeo AC aplicada (5 mV RMS) da tensatildeo de desvio DC (0 V vs circuito aberto)
e representados 3 pontos por deacutecada
(a) (b)
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo
342 Ensaios laquoIn vivoraquo
3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele
De modo a mensurar o ruiacutedo
causado pela interface entre o eletroacutelito e
a pele procedeu-se agrave montagem de um
sistema semelhante ao utilizado nos
ensaios do ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito dentro
de uma gaiola de Faraday contudo estes
ensaios foram realizados laquoIn vivoraquo
procedendo-se agrave colocaccedilatildeo dos dois
eleacutetrodos na zona anterior da tiacutebia com
um espaccedilo entre eles de 3 cm (Figura 15)
apoacutes a superfiacutecie da pele ter sido limpa
com etanol a 70
A montagem contava com um sistema de seguranccedila inserido em seacuterie no sistema de mediccedilatildeo
e que corta a corrente se esta for superior a 100 microA
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
28
28
A mediccedilatildeo do ruido foi feita tendo em conta o tipo de eleacutetrodo tendo-se para isso optado por
fazer as mediccedilotildees com eleacutetrodos do mesmo tipo ou seja num primeiro ensaio mensurou-se o ruido
entre 2 eleacutetrodos de pratacloreto de prata com o respetivo gel hidratante e numa segunda
abordagem optou-se por mensurar o ruido entre dois dos eleacutetrodos porosos com as diferentes soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 Contudo foi controlada a pressatildeo da banda que fixava os eleacutetrodos porosos
agrave tiacutebia sendo estipulado o valor da pressatildeo no intervalo de 15N a 2N
Neste ensaio o primeiro eleacutetrodo encontra-se ligado aos terminais dos eleacutetrodos de trabalho
o segundo ao terminal da referecircncia e o cabo do ground foi ligado agrave gaiola
Os paracircmetros dos ensaios foram os mesmos que os utilizados para a mediccedilatildeo do ruido
eleacutetrodo-eletroacutelito apresentados na secccedilatildeo 3411 contudo o tempo de aquisiccedilatildeo de sinal foi
reduzido a 5 minutos de modo a minorar o tempo de exposiccedilatildeo dos voluntaacuterios aos exames
3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele
laquoIn vivoraquo estes ensaios foram feitos logo
apoacutes a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico portanto a
superfiacutecie da pele se encontrava limpa e a
colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos obedecia agrave regra dos 3 cm
de distacircncia entre eleacutetrodos e 15-2N de pressatildeo
Para a mediccedilatildeo da impedacircncia eacute utilizada uma
configuraccedilatildeo diferente como referido no capitulo
33 Satildeo portanto utilizados 2 eleacutetrodos
comerciais de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH
Alemanha) um como referecircncia e outro como
contra eleacutetrodo e o eleacutetrodo em estudo
propiamente dito seja este o comercial (controlo)
ou o novo eleacutetrodo (Figura 16)
Os resultados obtidos para as diferentes
frequecircncias aleacutem de poderem ser representados
pelo diagrama de Nyquist como referido anteriormente podem tambeacutem ser representados num
Diagrama de Bode Neste diagrama a distribuiccedilatildeo dos valores de impedacircncia por vaacuterias ordens de
grandeza eacute representada em coordenadas polares (magnitude log|119885| em funccedilatildeo de log120596 )
3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos primariamente limpou-se a superfiacutecie do
escalpe com aacutelcool a 70 de modo a minimizar a camada gordurosa da pele De seguida procedeu-se
agrave colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos Foram colocados dois eleacutetrodos de AgAgCl (comerciais) um de forma a
servir como controlo (posiccedilatildeo O2) e outro em curto-circuito com o ground e a referecircncia (posiccedilatildeo
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino
durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia
29
29
Fp2) O eleacutetrodo poroso em estudo colocou-se a cerca de 3 cm do eleacutetrodo de AgAgCl posiccedilatildeo O2
de modo a captar o mesmo sinal que o obtido pelo eleacutetrodo de controlo (Figura 17)
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos
35 Implementaccedilatildeo em Matlab
Apoacutes a importaccedilatildeo do ficheiro obtido nos ensaios de ruiacutedo para o Matlab foi criado um filtro
Butterworth de ordem 20 de 05 ateacute 40 Hz atraveacutes da funccedilatildeo jaacute implementada pelo Matlab
ldquofdesignbandpassrdquo De seguida eacute aplicado o filtro duas vezes A primeira desde o primeiro ponto ateacute
o uacuteltimo e o segundo na ordem inversa Deste modo consegue-se natildeo soacute uma filtragem dupla mas
tambeacutem o cancelamento da fase dos filtros Assim efetivamente o filtro utilizado eacute de ordem 40 de
fase nula
De seguida eacute dividido o ensaio em segmentos de 30 segundos rejeitando os primeiros 10
segundos do ensaio Para cada segmento natildeo sobreposto eacute calculado o valor RMS da tensatildeo a
densidade espectral de potecircncia atraveacutes da estimaccedilatildeo pwelch do Matlab e o declive meacutedio (primeira
derivada do sinal) Contudo no final eacute calculada tambeacutem a densidade espectral de potecircncia global
que eacute expressa em dB
30
30
31
31
Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos
Resultados obtidos e discussatildeo
41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo
411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos
eleacutetrodos
Neste estudo eacute de extrema relevacircncia a eleiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante a utilizar Para isso
recorreu-se agrave realizaccedilatildeo de vaacuterios ensaios que possibilitassem uma avaliaccedilatildeo objetiva da resposta do
sistema Efetuou-se entatildeo primeiro uma anaacutelise do ruiacutedo ao longo de 12 minutos com os eleacutetrodos
multipino nas diferentes soluccedilotildees (um medido contra o outro) e a respetiva referecircncia de seguida
realizou-se um ensaio para mensurar a resistecircncia agrave passagem de corrente com os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees e a respetiva referecircncia
Assim sendo a Figura 18 revela a impedacircncia dos eleacutetrodos nas diferentes soluccedilotildees testadas
Nesta pode-se observar que a soluccedilatildeo 1 apresenta niacuteveis de impedacircncia ligeiramente mais baixos que
as restantes soluccedilotildees Contudo os seus niacuteveis encontram-se uma deacutecada acima dos valores obtidos
pelo eleacutetrodo e AgAgCl utilizado comercialmente com o respetivo gel hidratante Observa-se ainda
que os desvios padratildeo satildeo tatildeo baixos que quase natildeo satildeo percetiacuteveis o que significa que os ensaios satildeo
bastante reprodutiacuteveis Eacute tambeacutem importante notar que ao longo de todas as frequecircncias testadas
os valores de impedacircncia aleacutem de se encontrarem todos abaixo dos valores maacuteximos permitidos (20-
40 k) [35] encontram-se ainda abaixo dos 5 k referidos como valores de impedacircncia ideal por vaacuterios
fornecedores [40][41] o que eacute de extrema relevacircncia nos passos subsequentes de aquisiccedilatildeo do sinal
uma vez que eacute indispensaacutevel ter baixos niacuteveis de impedacircncia para conseguir captar ondas cerebrais
32
32
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Foram ainda feitas mediccedilotildees de ruiacutedo nas mesmas condiccedilotildees Realizando-se de seguida uma
anaacutelise no domiacutenio temporal e outra no domiacutenio das frequecircncias Para isso como foi referido no
capitulo 35 recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software Matlab A primeira anaacutelise eacute feita no domiacutenio
temporal (Figura 19 (a)) sob a forma de um graacutefico da tensatildeo meacutedia (RMS) em funccedilatildeo do tempo que
eacute obtida apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa-alto de modo a retirar a componente DC do sinal e assim
obter um sinal de ruiacutedo para altas frequecircncias que seraacute representado em periacuteodos de 30 segundos
Deste modo eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees da quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo de
estabilizaccedilatildeo do eleacutetrodo O que se observa eacute que os niacuteveis de ruiacutedo ao longo do tempo variam entre
185 microV ateacute 2 microV o que equivale a uma variaccedilatildeo maacutexima de 015 microV tanto para os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees como para o eleacutetrodo de AgAgCl no respetivo gel hidratante Observa-se
ainda que aleacutem das pequenas variaccedilotildees ao longo do tempo o desvio padratildeo para todas as soluccedilotildees eacute
muito semelhante sugerindo que natildeo haacute diferenccedilas significativas a niacutevel das soluccedilotildees implementadas
Eacute ainda de salientar que natildeo se observa nenhuma evoluccedilatildeo de ruiacutedo ao longo do tempo o que sugere
uma estabilizaccedilatildeo do sistema muito raacutepida A segunda anaacutelise no domiacutenio temporal corresponde ao
declive meacutedio (Figura 19 (b)) foi realizada recorrendo agrave primeira derivada do sinal em DC obtido a
cada 30 segundos Deste graacutefico eacute possiacutevel retirar informaccedilatildeo referente agrave deriva do potencial e ao
tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema Assim recorrendo agrave sua visualizaccedilatildeo observa-se que a
estabilizaccedilatildeo eacute feita de forma semelhante para todas as soluccedilotildees Contudo a soluccedilatildeo 3 apresenta
menos variaccedilotildees ao longo do tempo valores mais proacuteximos de zero e maior reprodutibilidade entre
ensaios Finalmente o teste de controlo efetuado com os eleacutetrodos comerciais de AgAgCl no gel
aparentam ser ligeiramente menos estaacuteveis contudo os valores se encontram na mesma gama de
tensotildees
33
33
Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Para concluir realizou-se uma anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias para isso recorreu-se ao
graacutefico da densidade espectral de tensatildeo (Figura 20) Nele observa-se que os resultados do ruiacutedo do
sinal aumentam com a diminuiccedilatildeo das frequecircncias numa proporccedilatildeo 119903119906iacute119889119900 ~ 1 119891119903119890119902119906ecirc119899119888119894119886frasl
confirmando os estudos feitos por E Huigen em 2002 [20] No entanto estes tendem a estabilizar a
partir dos 10 Hz em valores proacuteximos dos -238 dB Eacute de referir que a para frequecircncias elevadas o
sinal de ruiacutedo eacute determinado pelo ruiacutedo do amplificador e natildeo pelo ruiacutedo da interface metal-eletroacutelito
uma vez que este eacute significativamente menor do que o ruiacutedo do amplificador impedindo assim a sua
mediccedilatildeo mesmo com equipamentos de baixo ruiacutedo [20]
34
34
Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
35
35
a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
36
36
Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
37
37
Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
38
38
Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
39
39
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
40
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
41
41
Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
42
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Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
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Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
45
45
Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
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Referecircncias
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Anexos
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implementaccedilatildeo de um controlo com eleacutetrodos de AgAgCl (ECI Electro-Gel Electro-Cap International
Inc USA) com o seu respetivo gel comercial (ECI Electro-Gel Electro-Cap International Inc USA)
A obtenccedilatildeo dos dados eacute feita atraveacutes da teacutecnica de espectroscopia de impedacircncia
eletroquiacutemica em modo potenciostaacuteticordquo presente no software EIS300TM da Gamry neste modo de
funcionamento eacute aquirido um espectro de impedacircncia ao longo do intervalo de frequecircncias de 10 kHz
ateacute 01 Hz com uma tensatildeo AC aplicada (5 mV RMS) da tensatildeo de desvio DC (0 V vs circuito aberto)
e representados 3 pontos por deacutecada
(a) (b)
Figura 14 Representaccedilatildeo da montagem utilizada nos ensaios de mediccedilatildeo (a) da impedacircncia e (b) do ruiacutedo eletroquiacutemico dos eleacutetrodos em estudo
342 Ensaios laquoIn vivoraquo
3421 Ruiacutedo eletroacutelito-pele
De modo a mensurar o ruiacutedo
causado pela interface entre o eletroacutelito e
a pele procedeu-se agrave montagem de um
sistema semelhante ao utilizado nos
ensaios do ruiacutedo eleacutetrodo-eletroacutelito dentro
de uma gaiola de Faraday contudo estes
ensaios foram realizados laquoIn vivoraquo
procedendo-se agrave colocaccedilatildeo dos dois
eleacutetrodos na zona anterior da tiacutebia com
um espaccedilo entre eles de 3 cm (Figura 15)
apoacutes a superfiacutecie da pele ter sido limpa
com etanol a 70
A montagem contava com um sistema de seguranccedila inserido em seacuterie no sistema de mediccedilatildeo
e que corta a corrente se esta for superior a 100 microA
Figura 15 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico
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28
A mediccedilatildeo do ruido foi feita tendo em conta o tipo de eleacutetrodo tendo-se para isso optado por
fazer as mediccedilotildees com eleacutetrodos do mesmo tipo ou seja num primeiro ensaio mensurou-se o ruido
entre 2 eleacutetrodos de pratacloreto de prata com o respetivo gel hidratante e numa segunda
abordagem optou-se por mensurar o ruido entre dois dos eleacutetrodos porosos com as diferentes soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 Contudo foi controlada a pressatildeo da banda que fixava os eleacutetrodos porosos
agrave tiacutebia sendo estipulado o valor da pressatildeo no intervalo de 15N a 2N
Neste ensaio o primeiro eleacutetrodo encontra-se ligado aos terminais dos eleacutetrodos de trabalho
o segundo ao terminal da referecircncia e o cabo do ground foi ligado agrave gaiola
Os paracircmetros dos ensaios foram os mesmos que os utilizados para a mediccedilatildeo do ruido
eleacutetrodo-eletroacutelito apresentados na secccedilatildeo 3411 contudo o tempo de aquisiccedilatildeo de sinal foi
reduzido a 5 minutos de modo a minorar o tempo de exposiccedilatildeo dos voluntaacuterios aos exames
3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele
laquoIn vivoraquo estes ensaios foram feitos logo
apoacutes a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico portanto a
superfiacutecie da pele se encontrava limpa e a
colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos obedecia agrave regra dos 3 cm
de distacircncia entre eleacutetrodos e 15-2N de pressatildeo
Para a mediccedilatildeo da impedacircncia eacute utilizada uma
configuraccedilatildeo diferente como referido no capitulo
33 Satildeo portanto utilizados 2 eleacutetrodos
comerciais de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH
Alemanha) um como referecircncia e outro como
contra eleacutetrodo e o eleacutetrodo em estudo
propiamente dito seja este o comercial (controlo)
ou o novo eleacutetrodo (Figura 16)
Os resultados obtidos para as diferentes
frequecircncias aleacutem de poderem ser representados
pelo diagrama de Nyquist como referido anteriormente podem tambeacutem ser representados num
Diagrama de Bode Neste diagrama a distribuiccedilatildeo dos valores de impedacircncia por vaacuterias ordens de
grandeza eacute representada em coordenadas polares (magnitude log|119885| em funccedilatildeo de log120596 )
3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos primariamente limpou-se a superfiacutecie do
escalpe com aacutelcool a 70 de modo a minimizar a camada gordurosa da pele De seguida procedeu-se
agrave colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos Foram colocados dois eleacutetrodos de AgAgCl (comerciais) um de forma a
servir como controlo (posiccedilatildeo O2) e outro em curto-circuito com o ground e a referecircncia (posiccedilatildeo
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino
durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia
29
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Fp2) O eleacutetrodo poroso em estudo colocou-se a cerca de 3 cm do eleacutetrodo de AgAgCl posiccedilatildeo O2
de modo a captar o mesmo sinal que o obtido pelo eleacutetrodo de controlo (Figura 17)
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos
35 Implementaccedilatildeo em Matlab
Apoacutes a importaccedilatildeo do ficheiro obtido nos ensaios de ruiacutedo para o Matlab foi criado um filtro
Butterworth de ordem 20 de 05 ateacute 40 Hz atraveacutes da funccedilatildeo jaacute implementada pelo Matlab
ldquofdesignbandpassrdquo De seguida eacute aplicado o filtro duas vezes A primeira desde o primeiro ponto ateacute
o uacuteltimo e o segundo na ordem inversa Deste modo consegue-se natildeo soacute uma filtragem dupla mas
tambeacutem o cancelamento da fase dos filtros Assim efetivamente o filtro utilizado eacute de ordem 40 de
fase nula
De seguida eacute dividido o ensaio em segmentos de 30 segundos rejeitando os primeiros 10
segundos do ensaio Para cada segmento natildeo sobreposto eacute calculado o valor RMS da tensatildeo a
densidade espectral de potecircncia atraveacutes da estimaccedilatildeo pwelch do Matlab e o declive meacutedio (primeira
derivada do sinal) Contudo no final eacute calculada tambeacutem a densidade espectral de potecircncia global
que eacute expressa em dB
30
30
31
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Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos
Resultados obtidos e discussatildeo
41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo
411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos
eleacutetrodos
Neste estudo eacute de extrema relevacircncia a eleiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante a utilizar Para isso
recorreu-se agrave realizaccedilatildeo de vaacuterios ensaios que possibilitassem uma avaliaccedilatildeo objetiva da resposta do
sistema Efetuou-se entatildeo primeiro uma anaacutelise do ruiacutedo ao longo de 12 minutos com os eleacutetrodos
multipino nas diferentes soluccedilotildees (um medido contra o outro) e a respetiva referecircncia de seguida
realizou-se um ensaio para mensurar a resistecircncia agrave passagem de corrente com os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees e a respetiva referecircncia
Assim sendo a Figura 18 revela a impedacircncia dos eleacutetrodos nas diferentes soluccedilotildees testadas
Nesta pode-se observar que a soluccedilatildeo 1 apresenta niacuteveis de impedacircncia ligeiramente mais baixos que
as restantes soluccedilotildees Contudo os seus niacuteveis encontram-se uma deacutecada acima dos valores obtidos
pelo eleacutetrodo e AgAgCl utilizado comercialmente com o respetivo gel hidratante Observa-se ainda
que os desvios padratildeo satildeo tatildeo baixos que quase natildeo satildeo percetiacuteveis o que significa que os ensaios satildeo
bastante reprodutiacuteveis Eacute tambeacutem importante notar que ao longo de todas as frequecircncias testadas
os valores de impedacircncia aleacutem de se encontrarem todos abaixo dos valores maacuteximos permitidos (20-
40 k) [35] encontram-se ainda abaixo dos 5 k referidos como valores de impedacircncia ideal por vaacuterios
fornecedores [40][41] o que eacute de extrema relevacircncia nos passos subsequentes de aquisiccedilatildeo do sinal
uma vez que eacute indispensaacutevel ter baixos niacuteveis de impedacircncia para conseguir captar ondas cerebrais
32
32
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Foram ainda feitas mediccedilotildees de ruiacutedo nas mesmas condiccedilotildees Realizando-se de seguida uma
anaacutelise no domiacutenio temporal e outra no domiacutenio das frequecircncias Para isso como foi referido no
capitulo 35 recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software Matlab A primeira anaacutelise eacute feita no domiacutenio
temporal (Figura 19 (a)) sob a forma de um graacutefico da tensatildeo meacutedia (RMS) em funccedilatildeo do tempo que
eacute obtida apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa-alto de modo a retirar a componente DC do sinal e assim
obter um sinal de ruiacutedo para altas frequecircncias que seraacute representado em periacuteodos de 30 segundos
Deste modo eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees da quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo de
estabilizaccedilatildeo do eleacutetrodo O que se observa eacute que os niacuteveis de ruiacutedo ao longo do tempo variam entre
185 microV ateacute 2 microV o que equivale a uma variaccedilatildeo maacutexima de 015 microV tanto para os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees como para o eleacutetrodo de AgAgCl no respetivo gel hidratante Observa-se
ainda que aleacutem das pequenas variaccedilotildees ao longo do tempo o desvio padratildeo para todas as soluccedilotildees eacute
muito semelhante sugerindo que natildeo haacute diferenccedilas significativas a niacutevel das soluccedilotildees implementadas
Eacute ainda de salientar que natildeo se observa nenhuma evoluccedilatildeo de ruiacutedo ao longo do tempo o que sugere
uma estabilizaccedilatildeo do sistema muito raacutepida A segunda anaacutelise no domiacutenio temporal corresponde ao
declive meacutedio (Figura 19 (b)) foi realizada recorrendo agrave primeira derivada do sinal em DC obtido a
cada 30 segundos Deste graacutefico eacute possiacutevel retirar informaccedilatildeo referente agrave deriva do potencial e ao
tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema Assim recorrendo agrave sua visualizaccedilatildeo observa-se que a
estabilizaccedilatildeo eacute feita de forma semelhante para todas as soluccedilotildees Contudo a soluccedilatildeo 3 apresenta
menos variaccedilotildees ao longo do tempo valores mais proacuteximos de zero e maior reprodutibilidade entre
ensaios Finalmente o teste de controlo efetuado com os eleacutetrodos comerciais de AgAgCl no gel
aparentam ser ligeiramente menos estaacuteveis contudo os valores se encontram na mesma gama de
tensotildees
33
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Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Para concluir realizou-se uma anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias para isso recorreu-se ao
graacutefico da densidade espectral de tensatildeo (Figura 20) Nele observa-se que os resultados do ruiacutedo do
sinal aumentam com a diminuiccedilatildeo das frequecircncias numa proporccedilatildeo 119903119906iacute119889119900 ~ 1 119891119903119890119902119906ecirc119899119888119894119886frasl
confirmando os estudos feitos por E Huigen em 2002 [20] No entanto estes tendem a estabilizar a
partir dos 10 Hz em valores proacuteximos dos -238 dB Eacute de referir que a para frequecircncias elevadas o
sinal de ruiacutedo eacute determinado pelo ruiacutedo do amplificador e natildeo pelo ruiacutedo da interface metal-eletroacutelito
uma vez que este eacute significativamente menor do que o ruiacutedo do amplificador impedindo assim a sua
mediccedilatildeo mesmo com equipamentos de baixo ruiacutedo [20]
34
34
Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
35
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a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
36
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Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
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Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
38
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Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
39
39
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
40
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
41
41
Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
42
42
Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
43
43
Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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44
VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
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45
Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
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Anexos
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A mediccedilatildeo do ruido foi feita tendo em conta o tipo de eleacutetrodo tendo-se para isso optado por
fazer as mediccedilotildees com eleacutetrodos do mesmo tipo ou seja num primeiro ensaio mensurou-se o ruido
entre 2 eleacutetrodos de pratacloreto de prata com o respetivo gel hidratante e numa segunda
abordagem optou-se por mensurar o ruido entre dois dos eleacutetrodos porosos com as diferentes soluccedilotildees
apresentadas na Tabela 2 Contudo foi controlada a pressatildeo da banda que fixava os eleacutetrodos porosos
agrave tiacutebia sendo estipulado o valor da pressatildeo no intervalo de 15N a 2N
Neste ensaio o primeiro eleacutetrodo encontra-se ligado aos terminais dos eleacutetrodos de trabalho
o segundo ao terminal da referecircncia e o cabo do ground foi ligado agrave gaiola
Os paracircmetros dos ensaios foram os mesmos que os utilizados para a mediccedilatildeo do ruido
eleacutetrodo-eletroacutelito apresentados na secccedilatildeo 3411 contudo o tempo de aquisiccedilatildeo de sinal foi
reduzido a 5 minutos de modo a minorar o tempo de exposiccedilatildeo dos voluntaacuterios aos exames
3422 Impedacircncia eletroacutelito-pele
laquoIn vivoraquo estes ensaios foram feitos logo
apoacutes a mediccedilatildeo do ruiacutedo eletroquiacutemico portanto a
superfiacutecie da pele se encontrava limpa e a
colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos obedecia agrave regra dos 3 cm
de distacircncia entre eleacutetrodos e 15-2N de pressatildeo
Para a mediccedilatildeo da impedacircncia eacute utilizada uma
configuraccedilatildeo diferente como referido no capitulo
33 Satildeo portanto utilizados 2 eleacutetrodos
comerciais de AgAgCl (BIO EASYCAP GmbH
Alemanha) um como referecircncia e outro como
contra eleacutetrodo e o eleacutetrodo em estudo
propiamente dito seja este o comercial (controlo)
ou o novo eleacutetrodo (Figura 16)
Os resultados obtidos para as diferentes
frequecircncias aleacutem de poderem ser representados
pelo diagrama de Nyquist como referido anteriormente podem tambeacutem ser representados num
Diagrama de Bode Neste diagrama a distribuiccedilatildeo dos valores de impedacircncia por vaacuterias ordens de
grandeza eacute representada em coordenadas polares (magnitude log|119885| em funccedilatildeo de log120596 )
3423 Captaccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos primariamente limpou-se a superfiacutecie do
escalpe com aacutelcool a 70 de modo a minimizar a camada gordurosa da pele De seguida procedeu-se
agrave colocaccedilatildeo dos eleacutetrodos Foram colocados dois eleacutetrodos de AgAgCl (comerciais) um de forma a
servir como controlo (posiccedilatildeo O2) e outro em curto-circuito com o ground e a referecircncia (posiccedilatildeo
Figura 16 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino
durante os ensaios laquoIn vivoraquo de mediccedilatildeo da impedacircncia
29
29
Fp2) O eleacutetrodo poroso em estudo colocou-se a cerca de 3 cm do eleacutetrodo de AgAgCl posiccedilatildeo O2
de modo a captar o mesmo sinal que o obtido pelo eleacutetrodo de controlo (Figura 17)
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos
35 Implementaccedilatildeo em Matlab
Apoacutes a importaccedilatildeo do ficheiro obtido nos ensaios de ruiacutedo para o Matlab foi criado um filtro
Butterworth de ordem 20 de 05 ateacute 40 Hz atraveacutes da funccedilatildeo jaacute implementada pelo Matlab
ldquofdesignbandpassrdquo De seguida eacute aplicado o filtro duas vezes A primeira desde o primeiro ponto ateacute
o uacuteltimo e o segundo na ordem inversa Deste modo consegue-se natildeo soacute uma filtragem dupla mas
tambeacutem o cancelamento da fase dos filtros Assim efetivamente o filtro utilizado eacute de ordem 40 de
fase nula
De seguida eacute dividido o ensaio em segmentos de 30 segundos rejeitando os primeiros 10
segundos do ensaio Para cada segmento natildeo sobreposto eacute calculado o valor RMS da tensatildeo a
densidade espectral de potecircncia atraveacutes da estimaccedilatildeo pwelch do Matlab e o declive meacutedio (primeira
derivada do sinal) Contudo no final eacute calculada tambeacutem a densidade espectral de potecircncia global
que eacute expressa em dB
30
30
31
31
Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos
Resultados obtidos e discussatildeo
41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo
411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos
eleacutetrodos
Neste estudo eacute de extrema relevacircncia a eleiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante a utilizar Para isso
recorreu-se agrave realizaccedilatildeo de vaacuterios ensaios que possibilitassem uma avaliaccedilatildeo objetiva da resposta do
sistema Efetuou-se entatildeo primeiro uma anaacutelise do ruiacutedo ao longo de 12 minutos com os eleacutetrodos
multipino nas diferentes soluccedilotildees (um medido contra o outro) e a respetiva referecircncia de seguida
realizou-se um ensaio para mensurar a resistecircncia agrave passagem de corrente com os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees e a respetiva referecircncia
Assim sendo a Figura 18 revela a impedacircncia dos eleacutetrodos nas diferentes soluccedilotildees testadas
Nesta pode-se observar que a soluccedilatildeo 1 apresenta niacuteveis de impedacircncia ligeiramente mais baixos que
as restantes soluccedilotildees Contudo os seus niacuteveis encontram-se uma deacutecada acima dos valores obtidos
pelo eleacutetrodo e AgAgCl utilizado comercialmente com o respetivo gel hidratante Observa-se ainda
que os desvios padratildeo satildeo tatildeo baixos que quase natildeo satildeo percetiacuteveis o que significa que os ensaios satildeo
bastante reprodutiacuteveis Eacute tambeacutem importante notar que ao longo de todas as frequecircncias testadas
os valores de impedacircncia aleacutem de se encontrarem todos abaixo dos valores maacuteximos permitidos (20-
40 k) [35] encontram-se ainda abaixo dos 5 k referidos como valores de impedacircncia ideal por vaacuterios
fornecedores [40][41] o que eacute de extrema relevacircncia nos passos subsequentes de aquisiccedilatildeo do sinal
uma vez que eacute indispensaacutevel ter baixos niacuteveis de impedacircncia para conseguir captar ondas cerebrais
32
32
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Foram ainda feitas mediccedilotildees de ruiacutedo nas mesmas condiccedilotildees Realizando-se de seguida uma
anaacutelise no domiacutenio temporal e outra no domiacutenio das frequecircncias Para isso como foi referido no
capitulo 35 recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software Matlab A primeira anaacutelise eacute feita no domiacutenio
temporal (Figura 19 (a)) sob a forma de um graacutefico da tensatildeo meacutedia (RMS) em funccedilatildeo do tempo que
eacute obtida apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa-alto de modo a retirar a componente DC do sinal e assim
obter um sinal de ruiacutedo para altas frequecircncias que seraacute representado em periacuteodos de 30 segundos
Deste modo eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees da quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo de
estabilizaccedilatildeo do eleacutetrodo O que se observa eacute que os niacuteveis de ruiacutedo ao longo do tempo variam entre
185 microV ateacute 2 microV o que equivale a uma variaccedilatildeo maacutexima de 015 microV tanto para os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees como para o eleacutetrodo de AgAgCl no respetivo gel hidratante Observa-se
ainda que aleacutem das pequenas variaccedilotildees ao longo do tempo o desvio padratildeo para todas as soluccedilotildees eacute
muito semelhante sugerindo que natildeo haacute diferenccedilas significativas a niacutevel das soluccedilotildees implementadas
Eacute ainda de salientar que natildeo se observa nenhuma evoluccedilatildeo de ruiacutedo ao longo do tempo o que sugere
uma estabilizaccedilatildeo do sistema muito raacutepida A segunda anaacutelise no domiacutenio temporal corresponde ao
declive meacutedio (Figura 19 (b)) foi realizada recorrendo agrave primeira derivada do sinal em DC obtido a
cada 30 segundos Deste graacutefico eacute possiacutevel retirar informaccedilatildeo referente agrave deriva do potencial e ao
tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema Assim recorrendo agrave sua visualizaccedilatildeo observa-se que a
estabilizaccedilatildeo eacute feita de forma semelhante para todas as soluccedilotildees Contudo a soluccedilatildeo 3 apresenta
menos variaccedilotildees ao longo do tempo valores mais proacuteximos de zero e maior reprodutibilidade entre
ensaios Finalmente o teste de controlo efetuado com os eleacutetrodos comerciais de AgAgCl no gel
aparentam ser ligeiramente menos estaacuteveis contudo os valores se encontram na mesma gama de
tensotildees
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Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Para concluir realizou-se uma anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias para isso recorreu-se ao
graacutefico da densidade espectral de tensatildeo (Figura 20) Nele observa-se que os resultados do ruiacutedo do
sinal aumentam com a diminuiccedilatildeo das frequecircncias numa proporccedilatildeo 119903119906iacute119889119900 ~ 1 119891119903119890119902119906ecirc119899119888119894119886frasl
confirmando os estudos feitos por E Huigen em 2002 [20] No entanto estes tendem a estabilizar a
partir dos 10 Hz em valores proacuteximos dos -238 dB Eacute de referir que a para frequecircncias elevadas o
sinal de ruiacutedo eacute determinado pelo ruiacutedo do amplificador e natildeo pelo ruiacutedo da interface metal-eletroacutelito
uma vez que este eacute significativamente menor do que o ruiacutedo do amplificador impedindo assim a sua
mediccedilatildeo mesmo com equipamentos de baixo ruiacutedo [20]
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Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
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a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
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Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
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Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
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Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
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Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
40
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
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41
Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
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Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
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Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
45
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Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
48
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49
49
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Anexos
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Fp2) O eleacutetrodo poroso em estudo colocou-se a cerca de 3 cm do eleacutetrodo de AgAgCl posiccedilatildeo O2
de modo a captar o mesmo sinal que o obtido pelo eleacutetrodo de controlo (Figura 17)
Figura 17 Disposiccedilatildeo dos eleacutetrodos de controlo (a) em estudo (b) e de referecircncia (c) durante o decorrer dos ensaios eletroencefalograacuteficos
35 Implementaccedilatildeo em Matlab
Apoacutes a importaccedilatildeo do ficheiro obtido nos ensaios de ruiacutedo para o Matlab foi criado um filtro
Butterworth de ordem 20 de 05 ateacute 40 Hz atraveacutes da funccedilatildeo jaacute implementada pelo Matlab
ldquofdesignbandpassrdquo De seguida eacute aplicado o filtro duas vezes A primeira desde o primeiro ponto ateacute
o uacuteltimo e o segundo na ordem inversa Deste modo consegue-se natildeo soacute uma filtragem dupla mas
tambeacutem o cancelamento da fase dos filtros Assim efetivamente o filtro utilizado eacute de ordem 40 de
fase nula
De seguida eacute dividido o ensaio em segmentos de 30 segundos rejeitando os primeiros 10
segundos do ensaio Para cada segmento natildeo sobreposto eacute calculado o valor RMS da tensatildeo a
densidade espectral de potecircncia atraveacutes da estimaccedilatildeo pwelch do Matlab e o declive meacutedio (primeira
derivada do sinal) Contudo no final eacute calculada tambeacutem a densidade espectral de potecircncia global
que eacute expressa em dB
30
30
31
31
Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos
Resultados obtidos e discussatildeo
41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo
411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos
eleacutetrodos
Neste estudo eacute de extrema relevacircncia a eleiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante a utilizar Para isso
recorreu-se agrave realizaccedilatildeo de vaacuterios ensaios que possibilitassem uma avaliaccedilatildeo objetiva da resposta do
sistema Efetuou-se entatildeo primeiro uma anaacutelise do ruiacutedo ao longo de 12 minutos com os eleacutetrodos
multipino nas diferentes soluccedilotildees (um medido contra o outro) e a respetiva referecircncia de seguida
realizou-se um ensaio para mensurar a resistecircncia agrave passagem de corrente com os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees e a respetiva referecircncia
Assim sendo a Figura 18 revela a impedacircncia dos eleacutetrodos nas diferentes soluccedilotildees testadas
Nesta pode-se observar que a soluccedilatildeo 1 apresenta niacuteveis de impedacircncia ligeiramente mais baixos que
as restantes soluccedilotildees Contudo os seus niacuteveis encontram-se uma deacutecada acima dos valores obtidos
pelo eleacutetrodo e AgAgCl utilizado comercialmente com o respetivo gel hidratante Observa-se ainda
que os desvios padratildeo satildeo tatildeo baixos que quase natildeo satildeo percetiacuteveis o que significa que os ensaios satildeo
bastante reprodutiacuteveis Eacute tambeacutem importante notar que ao longo de todas as frequecircncias testadas
os valores de impedacircncia aleacutem de se encontrarem todos abaixo dos valores maacuteximos permitidos (20-
40 k) [35] encontram-se ainda abaixo dos 5 k referidos como valores de impedacircncia ideal por vaacuterios
fornecedores [40][41] o que eacute de extrema relevacircncia nos passos subsequentes de aquisiccedilatildeo do sinal
uma vez que eacute indispensaacutevel ter baixos niacuteveis de impedacircncia para conseguir captar ondas cerebrais
32
32
Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Foram ainda feitas mediccedilotildees de ruiacutedo nas mesmas condiccedilotildees Realizando-se de seguida uma
anaacutelise no domiacutenio temporal e outra no domiacutenio das frequecircncias Para isso como foi referido no
capitulo 35 recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software Matlab A primeira anaacutelise eacute feita no domiacutenio
temporal (Figura 19 (a)) sob a forma de um graacutefico da tensatildeo meacutedia (RMS) em funccedilatildeo do tempo que
eacute obtida apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa-alto de modo a retirar a componente DC do sinal e assim
obter um sinal de ruiacutedo para altas frequecircncias que seraacute representado em periacuteodos de 30 segundos
Deste modo eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees da quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo de
estabilizaccedilatildeo do eleacutetrodo O que se observa eacute que os niacuteveis de ruiacutedo ao longo do tempo variam entre
185 microV ateacute 2 microV o que equivale a uma variaccedilatildeo maacutexima de 015 microV tanto para os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees como para o eleacutetrodo de AgAgCl no respetivo gel hidratante Observa-se
ainda que aleacutem das pequenas variaccedilotildees ao longo do tempo o desvio padratildeo para todas as soluccedilotildees eacute
muito semelhante sugerindo que natildeo haacute diferenccedilas significativas a niacutevel das soluccedilotildees implementadas
Eacute ainda de salientar que natildeo se observa nenhuma evoluccedilatildeo de ruiacutedo ao longo do tempo o que sugere
uma estabilizaccedilatildeo do sistema muito raacutepida A segunda anaacutelise no domiacutenio temporal corresponde ao
declive meacutedio (Figura 19 (b)) foi realizada recorrendo agrave primeira derivada do sinal em DC obtido a
cada 30 segundos Deste graacutefico eacute possiacutevel retirar informaccedilatildeo referente agrave deriva do potencial e ao
tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema Assim recorrendo agrave sua visualizaccedilatildeo observa-se que a
estabilizaccedilatildeo eacute feita de forma semelhante para todas as soluccedilotildees Contudo a soluccedilatildeo 3 apresenta
menos variaccedilotildees ao longo do tempo valores mais proacuteximos de zero e maior reprodutibilidade entre
ensaios Finalmente o teste de controlo efetuado com os eleacutetrodos comerciais de AgAgCl no gel
aparentam ser ligeiramente menos estaacuteveis contudo os valores se encontram na mesma gama de
tensotildees
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Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Para concluir realizou-se uma anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias para isso recorreu-se ao
graacutefico da densidade espectral de tensatildeo (Figura 20) Nele observa-se que os resultados do ruiacutedo do
sinal aumentam com a diminuiccedilatildeo das frequecircncias numa proporccedilatildeo 119903119906iacute119889119900 ~ 1 119891119903119890119902119906ecirc119899119888119894119886frasl
confirmando os estudos feitos por E Huigen em 2002 [20] No entanto estes tendem a estabilizar a
partir dos 10 Hz em valores proacuteximos dos -238 dB Eacute de referir que a para frequecircncias elevadas o
sinal de ruiacutedo eacute determinado pelo ruiacutedo do amplificador e natildeo pelo ruiacutedo da interface metal-eletroacutelito
uma vez que este eacute significativamente menor do que o ruiacutedo do amplificador impedindo assim a sua
mediccedilatildeo mesmo com equipamentos de baixo ruiacutedo [20]
34
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Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
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a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
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Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
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Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
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Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
39
39
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
40
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
41
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Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
42
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Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
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Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
45
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Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
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Anexos
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Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos
Resultados obtidos e discussatildeo
41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo
411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos
eleacutetrodos
Neste estudo eacute de extrema relevacircncia a eleiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante a utilizar Para isso
recorreu-se agrave realizaccedilatildeo de vaacuterios ensaios que possibilitassem uma avaliaccedilatildeo objetiva da resposta do
sistema Efetuou-se entatildeo primeiro uma anaacutelise do ruiacutedo ao longo de 12 minutos com os eleacutetrodos
multipino nas diferentes soluccedilotildees (um medido contra o outro) e a respetiva referecircncia de seguida
realizou-se um ensaio para mensurar a resistecircncia agrave passagem de corrente com os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees e a respetiva referecircncia
Assim sendo a Figura 18 revela a impedacircncia dos eleacutetrodos nas diferentes soluccedilotildees testadas
Nesta pode-se observar que a soluccedilatildeo 1 apresenta niacuteveis de impedacircncia ligeiramente mais baixos que
as restantes soluccedilotildees Contudo os seus niacuteveis encontram-se uma deacutecada acima dos valores obtidos
pelo eleacutetrodo e AgAgCl utilizado comercialmente com o respetivo gel hidratante Observa-se ainda
que os desvios padratildeo satildeo tatildeo baixos que quase natildeo satildeo percetiacuteveis o que significa que os ensaios satildeo
bastante reprodutiacuteveis Eacute tambeacutem importante notar que ao longo de todas as frequecircncias testadas
os valores de impedacircncia aleacutem de se encontrarem todos abaixo dos valores maacuteximos permitidos (20-
40 k) [35] encontram-se ainda abaixo dos 5 k referidos como valores de impedacircncia ideal por vaacuterios
fornecedores [40][41] o que eacute de extrema relevacircncia nos passos subsequentes de aquisiccedilatildeo do sinal
uma vez que eacute indispensaacutevel ter baixos niacuteveis de impedacircncia para conseguir captar ondas cerebrais
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Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Foram ainda feitas mediccedilotildees de ruiacutedo nas mesmas condiccedilotildees Realizando-se de seguida uma
anaacutelise no domiacutenio temporal e outra no domiacutenio das frequecircncias Para isso como foi referido no
capitulo 35 recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software Matlab A primeira anaacutelise eacute feita no domiacutenio
temporal (Figura 19 (a)) sob a forma de um graacutefico da tensatildeo meacutedia (RMS) em funccedilatildeo do tempo que
eacute obtida apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa-alto de modo a retirar a componente DC do sinal e assim
obter um sinal de ruiacutedo para altas frequecircncias que seraacute representado em periacuteodos de 30 segundos
Deste modo eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees da quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo de
estabilizaccedilatildeo do eleacutetrodo O que se observa eacute que os niacuteveis de ruiacutedo ao longo do tempo variam entre
185 microV ateacute 2 microV o que equivale a uma variaccedilatildeo maacutexima de 015 microV tanto para os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees como para o eleacutetrodo de AgAgCl no respetivo gel hidratante Observa-se
ainda que aleacutem das pequenas variaccedilotildees ao longo do tempo o desvio padratildeo para todas as soluccedilotildees eacute
muito semelhante sugerindo que natildeo haacute diferenccedilas significativas a niacutevel das soluccedilotildees implementadas
Eacute ainda de salientar que natildeo se observa nenhuma evoluccedilatildeo de ruiacutedo ao longo do tempo o que sugere
uma estabilizaccedilatildeo do sistema muito raacutepida A segunda anaacutelise no domiacutenio temporal corresponde ao
declive meacutedio (Figura 19 (b)) foi realizada recorrendo agrave primeira derivada do sinal em DC obtido a
cada 30 segundos Deste graacutefico eacute possiacutevel retirar informaccedilatildeo referente agrave deriva do potencial e ao
tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema Assim recorrendo agrave sua visualizaccedilatildeo observa-se que a
estabilizaccedilatildeo eacute feita de forma semelhante para todas as soluccedilotildees Contudo a soluccedilatildeo 3 apresenta
menos variaccedilotildees ao longo do tempo valores mais proacuteximos de zero e maior reprodutibilidade entre
ensaios Finalmente o teste de controlo efetuado com os eleacutetrodos comerciais de AgAgCl no gel
aparentam ser ligeiramente menos estaacuteveis contudo os valores se encontram na mesma gama de
tensotildees
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Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Para concluir realizou-se uma anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias para isso recorreu-se ao
graacutefico da densidade espectral de tensatildeo (Figura 20) Nele observa-se que os resultados do ruiacutedo do
sinal aumentam com a diminuiccedilatildeo das frequecircncias numa proporccedilatildeo 119903119906iacute119889119900 ~ 1 119891119903119890119902119906ecirc119899119888119894119886frasl
confirmando os estudos feitos por E Huigen em 2002 [20] No entanto estes tendem a estabilizar a
partir dos 10 Hz em valores proacuteximos dos -238 dB Eacute de referir que a para frequecircncias elevadas o
sinal de ruiacutedo eacute determinado pelo ruiacutedo do amplificador e natildeo pelo ruiacutedo da interface metal-eletroacutelito
uma vez que este eacute significativamente menor do que o ruiacutedo do amplificador impedindo assim a sua
mediccedilatildeo mesmo com equipamentos de baixo ruiacutedo [20]
34
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Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
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a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
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Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
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Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
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Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
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Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
40
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
41
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Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
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Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
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Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
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Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
48
48
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Anexos
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Capiacutetulo 4 Discussatildeo e resultados obtidos
Resultados obtidos e discussatildeo
41 Anaacutelises laquoIn vitroraquo
411 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta dos
eleacutetrodos
Neste estudo eacute de extrema relevacircncia a eleiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante a utilizar Para isso
recorreu-se agrave realizaccedilatildeo de vaacuterios ensaios que possibilitassem uma avaliaccedilatildeo objetiva da resposta do
sistema Efetuou-se entatildeo primeiro uma anaacutelise do ruiacutedo ao longo de 12 minutos com os eleacutetrodos
multipino nas diferentes soluccedilotildees (um medido contra o outro) e a respetiva referecircncia de seguida
realizou-se um ensaio para mensurar a resistecircncia agrave passagem de corrente com os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees e a respetiva referecircncia
Assim sendo a Figura 18 revela a impedacircncia dos eleacutetrodos nas diferentes soluccedilotildees testadas
Nesta pode-se observar que a soluccedilatildeo 1 apresenta niacuteveis de impedacircncia ligeiramente mais baixos que
as restantes soluccedilotildees Contudo os seus niacuteveis encontram-se uma deacutecada acima dos valores obtidos
pelo eleacutetrodo e AgAgCl utilizado comercialmente com o respetivo gel hidratante Observa-se ainda
que os desvios padratildeo satildeo tatildeo baixos que quase natildeo satildeo percetiacuteveis o que significa que os ensaios satildeo
bastante reprodutiacuteveis Eacute tambeacutem importante notar que ao longo de todas as frequecircncias testadas
os valores de impedacircncia aleacutem de se encontrarem todos abaixo dos valores maacuteximos permitidos (20-
40 k) [35] encontram-se ainda abaixo dos 5 k referidos como valores de impedacircncia ideal por vaacuterios
fornecedores [40][41] o que eacute de extrema relevacircncia nos passos subsequentes de aquisiccedilatildeo do sinal
uma vez que eacute indispensaacutevel ter baixos niacuteveis de impedacircncia para conseguir captar ondas cerebrais
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Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Foram ainda feitas mediccedilotildees de ruiacutedo nas mesmas condiccedilotildees Realizando-se de seguida uma
anaacutelise no domiacutenio temporal e outra no domiacutenio das frequecircncias Para isso como foi referido no
capitulo 35 recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software Matlab A primeira anaacutelise eacute feita no domiacutenio
temporal (Figura 19 (a)) sob a forma de um graacutefico da tensatildeo meacutedia (RMS) em funccedilatildeo do tempo que
eacute obtida apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa-alto de modo a retirar a componente DC do sinal e assim
obter um sinal de ruiacutedo para altas frequecircncias que seraacute representado em periacuteodos de 30 segundos
Deste modo eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees da quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo de
estabilizaccedilatildeo do eleacutetrodo O que se observa eacute que os niacuteveis de ruiacutedo ao longo do tempo variam entre
185 microV ateacute 2 microV o que equivale a uma variaccedilatildeo maacutexima de 015 microV tanto para os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees como para o eleacutetrodo de AgAgCl no respetivo gel hidratante Observa-se
ainda que aleacutem das pequenas variaccedilotildees ao longo do tempo o desvio padratildeo para todas as soluccedilotildees eacute
muito semelhante sugerindo que natildeo haacute diferenccedilas significativas a niacutevel das soluccedilotildees implementadas
Eacute ainda de salientar que natildeo se observa nenhuma evoluccedilatildeo de ruiacutedo ao longo do tempo o que sugere
uma estabilizaccedilatildeo do sistema muito raacutepida A segunda anaacutelise no domiacutenio temporal corresponde ao
declive meacutedio (Figura 19 (b)) foi realizada recorrendo agrave primeira derivada do sinal em DC obtido a
cada 30 segundos Deste graacutefico eacute possiacutevel retirar informaccedilatildeo referente agrave deriva do potencial e ao
tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema Assim recorrendo agrave sua visualizaccedilatildeo observa-se que a
estabilizaccedilatildeo eacute feita de forma semelhante para todas as soluccedilotildees Contudo a soluccedilatildeo 3 apresenta
menos variaccedilotildees ao longo do tempo valores mais proacuteximos de zero e maior reprodutibilidade entre
ensaios Finalmente o teste de controlo efetuado com os eleacutetrodos comerciais de AgAgCl no gel
aparentam ser ligeiramente menos estaacuteveis contudo os valores se encontram na mesma gama de
tensotildees
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Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Para concluir realizou-se uma anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias para isso recorreu-se ao
graacutefico da densidade espectral de tensatildeo (Figura 20) Nele observa-se que os resultados do ruiacutedo do
sinal aumentam com a diminuiccedilatildeo das frequecircncias numa proporccedilatildeo 119903119906iacute119889119900 ~ 1 119891119903119890119902119906ecirc119899119888119894119886frasl
confirmando os estudos feitos por E Huigen em 2002 [20] No entanto estes tendem a estabilizar a
partir dos 10 Hz em valores proacuteximos dos -238 dB Eacute de referir que a para frequecircncias elevadas o
sinal de ruiacutedo eacute determinado pelo ruiacutedo do amplificador e natildeo pelo ruiacutedo da interface metal-eletroacutelito
uma vez que este eacute significativamente menor do que o ruiacutedo do amplificador impedindo assim a sua
mediccedilatildeo mesmo com equipamentos de baixo ruiacutedo [20]
34
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Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
35
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a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
36
36
Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
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Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
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Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
39
39
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
40
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
41
41
Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
42
42
Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
43
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Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
45
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Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
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Anexos
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Figura 18 Diagrama de Bode dos valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vitroraquo e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Foram ainda feitas mediccedilotildees de ruiacutedo nas mesmas condiccedilotildees Realizando-se de seguida uma
anaacutelise no domiacutenio temporal e outra no domiacutenio das frequecircncias Para isso como foi referido no
capitulo 35 recorreu-se agrave utilizaccedilatildeo do software Matlab A primeira anaacutelise eacute feita no domiacutenio
temporal (Figura 19 (a)) sob a forma de um graacutefico da tensatildeo meacutedia (RMS) em funccedilatildeo do tempo que
eacute obtida apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa-alto de modo a retirar a componente DC do sinal e assim
obter um sinal de ruiacutedo para altas frequecircncias que seraacute representado em periacuteodos de 30 segundos
Deste modo eacute possiacutevel retirar informaccedilotildees da quantidade de ruiacutedo presente ao longo do tempo de
estabilizaccedilatildeo do eleacutetrodo O que se observa eacute que os niacuteveis de ruiacutedo ao longo do tempo variam entre
185 microV ateacute 2 microV o que equivale a uma variaccedilatildeo maacutexima de 015 microV tanto para os eleacutetrodos multipino
nas diferentes soluccedilotildees como para o eleacutetrodo de AgAgCl no respetivo gel hidratante Observa-se
ainda que aleacutem das pequenas variaccedilotildees ao longo do tempo o desvio padratildeo para todas as soluccedilotildees eacute
muito semelhante sugerindo que natildeo haacute diferenccedilas significativas a niacutevel das soluccedilotildees implementadas
Eacute ainda de salientar que natildeo se observa nenhuma evoluccedilatildeo de ruiacutedo ao longo do tempo o que sugere
uma estabilizaccedilatildeo do sistema muito raacutepida A segunda anaacutelise no domiacutenio temporal corresponde ao
declive meacutedio (Figura 19 (b)) foi realizada recorrendo agrave primeira derivada do sinal em DC obtido a
cada 30 segundos Deste graacutefico eacute possiacutevel retirar informaccedilatildeo referente agrave deriva do potencial e ao
tempo de estabilizaccedilatildeo do sistema Assim recorrendo agrave sua visualizaccedilatildeo observa-se que a
estabilizaccedilatildeo eacute feita de forma semelhante para todas as soluccedilotildees Contudo a soluccedilatildeo 3 apresenta
menos variaccedilotildees ao longo do tempo valores mais proacuteximos de zero e maior reprodutibilidade entre
ensaios Finalmente o teste de controlo efetuado com os eleacutetrodos comerciais de AgAgCl no gel
aparentam ser ligeiramente menos estaacuteveis contudo os valores se encontram na mesma gama de
tensotildees
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33
Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Para concluir realizou-se uma anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias para isso recorreu-se ao
graacutefico da densidade espectral de tensatildeo (Figura 20) Nele observa-se que os resultados do ruiacutedo do
sinal aumentam com a diminuiccedilatildeo das frequecircncias numa proporccedilatildeo 119903119906iacute119889119900 ~ 1 119891119903119890119902119906ecirc119899119888119894119886frasl
confirmando os estudos feitos por E Huigen em 2002 [20] No entanto estes tendem a estabilizar a
partir dos 10 Hz em valores proacuteximos dos -238 dB Eacute de referir que a para frequecircncias elevadas o
sinal de ruiacutedo eacute determinado pelo ruiacutedo do amplificador e natildeo pelo ruiacutedo da interface metal-eletroacutelito
uma vez que este eacute significativamente menor do que o ruiacutedo do amplificador impedindo assim a sua
mediccedilatildeo mesmo com equipamentos de baixo ruiacutedo [20]
34
34
Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
35
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a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
36
36
Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
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37
Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
38
38
Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
39
39
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
40
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
41
41
Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
42
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Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
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Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
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Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
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Anexos
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Figura 19 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) correspondentes a intervalos de 30s aquirido ao longo de 12 minutos e (b) ruiacutedo de baixa frequecircncia (abaixo de 05 Hz) medidos ao longo de 12 minutos para as diferentes soluccedilotildees nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave derivada meacutedia calculada em 30s O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Para concluir realizou-se uma anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias para isso recorreu-se ao
graacutefico da densidade espectral de tensatildeo (Figura 20) Nele observa-se que os resultados do ruiacutedo do
sinal aumentam com a diminuiccedilatildeo das frequecircncias numa proporccedilatildeo 119903119906iacute119889119900 ~ 1 119891119903119890119902119906ecirc119899119888119894119886frasl
confirmando os estudos feitos por E Huigen em 2002 [20] No entanto estes tendem a estabilizar a
partir dos 10 Hz em valores proacuteximos dos -238 dB Eacute de referir que a para frequecircncias elevadas o
sinal de ruiacutedo eacute determinado pelo ruiacutedo do amplificador e natildeo pelo ruiacutedo da interface metal-eletroacutelito
uma vez que este eacute significativamente menor do que o ruiacutedo do amplificador impedindo assim a sua
mediccedilatildeo mesmo com equipamentos de baixo ruiacutedo [20]
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Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
35
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a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
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Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
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37
Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
38
38
Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
39
39
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
40
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
41
41
Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
42
42
Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
43
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Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
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Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
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Referecircncias
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Anexos
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Figura 20 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos multipino
embebidos nas diferentes soluccedilotildees O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
412 Avaliaccedilatildeo da contribuiccedilatildeo dos diferentes constituintes dos eleacutetrodos na
resposta ao sistema
Na secccedilatildeo anterior estudou-se a contribuiccedilatildeo das diferentes soluccedilotildees na resposta do eleacutetrodo
Contudo eacute tambeacutem importante estudar a contribuiccedilatildeo de cada componente dos eleacutetrodos multipino
A anaacutelise da segunda parte deste trabalho teve entatildeo como principal objetivo verificar as
possiacuteveis diferenccedilas nos resultados obtidos com os diferentes componentes dos eleacutetrodos multipino
Para isso eacute feita uma anaacutelise semelhante agrave apresentada na secccedilatildeo anterior
Ao analisar a Figura 21 observa-se que a impedacircncia de um arame de AgAgCl no gel apresenta
resultados ligeiramente inferiores aos obtidos pelo eleacutetrodo de AgAgCl no mesmo gel Contudo os
resultados se encontram na mesma ordem de grandeza natildeo ultrapassando os 100 A diferenccedila pode
ficara a dever-se a uma maior aacuterea especiacutefica dos eleacutetrodos comerciais uma vez que o revestimento
de AgCl eacute sinterizado apresentando-se poroso Assim realizando a diferenccedila meacutedia na regiatildeo de
interesse entre o eleacutetrodo de AgAgCl e o arame de AgAgCl no gel obtecircm-se que o arame de AgAgCl
utilizado na fabricaccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino se encontra em meacutedia 8 abaixo do valor obtido
nos eleacutetrodos utilizados comercialmente significando isto que natildeo existem diferenccedilas significativas
no que diz respeito agrave superfiacutecie onde ocorrem as trocas ioacutenicas De seguida consegue-se obter a
contribuiccedilatildeo da soluccedilatildeo hidratante para a impedacircncia do eleacutetrodo subtraindo o valor meacutedio das
impedacircncias do conjunto ldquoarame AgAgCl + Sol 1rdquo pelo valor obtido no conjunto ldquoarame AgAgCl +
gelrdquo Obteacutem-se que a impedacircncia da ldquosoluccedilatildeo 1 + interface AgAgClrdquo eacute em meacutedia 174 mais elevada
que que a mesma impedacircncia quando o gel estaacute presente Contudo a maior diferenccedila observa-se no
que diz respeito agrave contribuiccedilatildeo da estrutura porosa Obtendo-se uma contribuiccedilatildeo do volume poroso
de cerca de 376 No final ao somar todas as contribuiccedilotildees obtecircm-se que o eleacutetrodo multipino com
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a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
36
36
Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
37
37
Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
38
38
Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
39
39
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
40
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
41
41
Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
42
42
Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
43
43
Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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44
VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
45
45
Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
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Anexos
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60
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a respetiva soluccedilatildeo se encontra apenas 542 acima do conjunto standard utilizado comummente nos
hospitais Este valor eacute perfeitamente desprezaacutevel se considerarmos que a impedacircncia da interface
peleeleacutetrodo eacute geralmente superior a 10 k [35]
Figura 21 Diagrama de Bode para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino O controlo
eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Passando agrave analise do ruiacutedo ao longo do tempo para cada um dos componentes do eleacutetrodo
pode-se observar que tanto em termos evoluccedilatildeo do valor RMS do ruido ao longo do tempo Figura 22
(a) como em termos de deriva do valor do potencial os valores satildeo muito semelhantes aos do eleacutetrodo
comercial Contudo apoacutes a construccedilatildeo dos eleacutetrodos multipino os resultados obtidos aparentam ser
ainda um pouco melhores uma vez que o graacutefico eacute mais estaacutevel ao longo do tempo Tal pode ficar a
dever-se agrave constante de tempo mais elevada imposta pela resistecircncia do substrato poroso a qual
atenua as variaccedilotildees de potencial
36
36
Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
37
37
Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
38
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Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
39
39
Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
40
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
41
41
Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
42
42
Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
43
43
Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
44
44
VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
45
45
Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
46
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47
Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
48
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49
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ESA410TM product Brochurerdquo Version 10 2009 [Online] Available httpwwwgamrycombr-ptprodutossoftwareesa410-electrochemical-signal-analyzer [Accessed 30-May-2015]
[38] ldquoConceitos baacutesicos da amostragem analoacutegica - National Instrumentsrdquo [Online] Available httpwwwnicomwhite-paper3016pttoc3 [Accessed 30-May-2015]
[39] ldquoPorque Eu Deveria Usar Filtros Anti-Aliasing - National Instrumentsrdquo [Online] Available httpdigitalnicompublicnsfallkbCA53ABE9845FFFA986257A250050A6E0 [Accessed 30-May-2015]
[40] F DaSilva A F Volz M S Bikson M Fregni ldquoElectrode Positioning and Montage in Transcranial Direct Current Stimulationrdquo 2011
[41] O MEDICAL ldquoOTICON MEDICAL - Apostila neurolecrdquo [Online] Available httpportalotorrinolaringologiacombrresourcesAPOSTILA NEURELEC 2015pdf [Accessed 30-Jun-2016]
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Anexos
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Figura 22 (a) Valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do potencial medido ao longo de 12 minutos para os diferentes constituintes dos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia correspondente a 30s de aquisiccedilatildeo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Recorrendo agrave anaacutelise em frequecircncia dos mesmos resultados Figura 23 pode observar-se que
os valores maacuteximos de tensatildeo em dB se encontram a baixas frequecircncias contudo a partir dos 10Hz os
niacuteveis de tensatildeo fixam-se perto dos -238 dB Tal como concluiacutedo pela anaacutelise temporal os valores de
ruiacutedo satildeo muito semelhantes entre si e semelhantes aos apresentados pelo eleacutetrodo comercial
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Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
38
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Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
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Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
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Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
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Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
42
42
Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
43
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Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
44
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VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
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Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
48
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Referecircncias
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Anexos
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Figura 23 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os diferentes constituintes
dos eleacutetrodos multipino O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
42 Anaacutelises laquoIn vivoraquo
Para concluir a anaacutelise do ruiacutedo e da impedacircncia foram realizados os mesmos estudos que na
secccedilatildeo 411 em voluntaacuterios contudo de modo a minimizar o tempo de exposiccedilatildeo os voluntaacuterios
foram submetidos apenas a 5 minutos de ensaio de aquisiccedilatildeo de sinal de ruiacutedo Com este estudo
pode-se observar atraveacutes da Figura 24 que natildeo existem grandes diferenccedilas em termos de valores
meacutedios de impedacircncia entre soluccedilotildees na regiatildeo de interesse que abrange dos 05 Hz ateacute os 40 Hz
Observa-se ainda como era de esperar que as impedacircncias obtidas satildeo mais elevadas que as
alcanccediladas nos ensaios laquoIn vitroraquo natildeo superando no significativamente os 10-40 k (60 Hz) sugeridos
na literatura como valor indicativo de impedacircncia maacutexima que permite ainda obter resultados fiaacuteveis
[34][35] Ainda para a mesma imagem eacute de notar que os desvios padratildeo satildeo mais elevados como
resultado das grandes variaccedilotildees que ocorrem inerentes ao tipo de pele do voluntaacuterio
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Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
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Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
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Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
41
41
Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
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Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
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43
Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
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Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
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Referecircncias
[1] E Niedermeyer and F H L da Silva Electroencephalography Basic Principles Clinical Applications and Related Fields Lippincott Williams amp Wilkins 2005
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Anexos
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Figura 24 Valores meacutedios das impedacircncias laquoIn vivoraquo resultantes das aquisiccedilotildees em 8 voluntaacuterios e os correspondentes desvios padratildeo para os eleacutetrodos multipino nas diferentes soluccedilotildees hidratantes O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Prosseguindo com a Figura 25 (a) observa-se que a variaccedilatildeo do valor RMS do ruiacutedo em tensatildeo
ao longo do tempo bem como o respetivo desvio padratildeo eacute menor nos eleacutetrodos multipino que no
eleacutetrodo AgAgCl com as trecircs soluccedilotildees hidratantes Os valores satildeo contudo ligeiramente mais
elevados que os obtidos nos ensaios laquoIn vitroraquo apresentados na secccedilatildeo 411 Mais uma vez tal fica a
dever-se ao facto de o contacto ser efetuado por pinos cuja pressatildeo poderaacute danificar parcialmente
o stratum corneum ajudando a estabilizar o contacto e consequentemente o potencial De seguida a
Figura 25 (b) mostra que para a soluccedilatildeo 1 a estabilizaccedilatildeo do sistema ocorre de forma muito raacutepida
tal como obtido para o eleacutetrodo comercial contudo este uacuteltimo apresenta maior sensibilidade ao tipo
de pele do voluntario uma vez que os desvios padratildeo satildeo significativamente mais elevados Tal natildeo
se passa com as soluccedilotildees 2 e 3 as quais tecircm uma quantidade superior de propilenoglicol o qual seraacute
entatildeo responsaacutevel pela elevada variabilidade do potencial entre tipos de pele diferentes
Os eleacutetrodos multipino apresentam no geral um melhor comportamento a niacutevel de ruiacutedo ao
longo do tempo Fato que provavelmente seja explicado pelo fato do multipino ser uma superfiacutecie
porosa com muacuteltiplos pontos de contacto que aleacutem de exercer uma pequena pressatildeo provocam uma
ligeira destruiccedilatildeo do estrato coacuterneo presente na pele o que coloca todos os voluntaacuterios sensivelmente
com as mesmas condiccedilotildees cutacircneas
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Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
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Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
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Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
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Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
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Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
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Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
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Anexos
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Figura 25 Meacutedias e desvios padratildeo dos (a) valores RMS do ruiacutedo (05 Hz a 40 Hz) e (b) deriva do
potencial medido ao longo de 5 minutos de aquisiccedilatildeo para as diferentes soluccedilotildees hidratantes nos eleacutetrodos multipino Cada valor diz respeito agrave meacutedia calculada em 30s de aquisiccedilatildeo Foram efetuados testes em 8 voluntaacuterios O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Em termos de densidade espetral de ruiacutedo observa-se atraveacutes da Figura 26 que os valores
de ruiacutedo satildeo mais elevados para baixas frequecircncias tal como previsto por Huigen [20] Contudo a
partir dos 15 Hz os valores estabilizam por volta dos -42 dB
40
40
Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
41
41
Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
42
42
Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
43
43
Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
44
44
VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
45
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Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
46
46
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
48
48
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Anexos
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Figura 26 Graacutefico da densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB para os eleacutetrodos
multipino embebidos nas diferentes soluccedilotildees laquoIn vivoraquo O controlo eacute representado pelo eleacutetrodo de AgAgCl utilizado comercialmente embebido no gel (linha vermelha espessa)
Finalmente para ter informaccedilatildeo mais detalhada sobre o comportamento em termos de
impedacircncia dos vaacuterios sistemas eleacutetrodosoluccedilatildeo hidratante(gel) nomeadamente a sua relaccedilatildeo com
o tipo de pele recorreu-se agrave representaccedilatildeo dos valores de impedacircncia meacutedia por voluntaacuterio nas
diferentes soluccedilotildees Figura 27 Pode entatildeo observar-se que independentemente do tipo de soluccedilatildeo o
voluntaacuterio 5 apresenta os valores de impedacircncia mais elevados em todas as situaccedilotildees Nota-se ainda
uma dependecircncia do tipo de pele muito mais marcada no caso do gel que no caso de qualquer soluccedilatildeo
hidratante o que aponta para a importacircncia da pressatildeo exercida no siacutetio de aplicaccedilatildeo no valor da
impedacircncia
Figura 27 Impedacircncia meacutedia na regiatildeo de interesse (05-40Hz) e respetivo desvio padratildeo para os diferentes sujeitos nas diferentes soluccedilotildees testadas
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Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
42
42
Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
43
43
Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
44
44
VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
45
45
Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
46
46
47
47
Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
48
48
49
49
Referecircncias
[1] E Niedermeyer and F H L da Silva Electroencephalography Basic Principles Clinical Applications and Related Fields Lippincott Williams amp Wilkins 2005
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50
50
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baseados em ardquo 2012 [37] Gamry Instruments ldquoAnalisador de sinal eletroquiacutemico ESA410TMGamry Instruments -
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Anexos
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4
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41
Com estes estudos pode-se concluir que a utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 durante os ensaios
apresenta ligeiramente melhores resultados uma vez que nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do
potencial (Figura 26) os valores se encontram vaacuterios dB abaixo das outras soluccedilotildees testadas Contudo
a eleiccedilatildeo desta soluccedilatildeo para prosseguir com os testes baseia-se tambeacutem em que esta apresenta
menores concentraccedilotildees de tweencopy-80 e propilenoglicol (Tabela 2) e a presenccedila do propilenoglicol
tem carateriacutesticas isolantes a concentraccedilotildees mais elevadas
43 Ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal EEG em voluntaacuterios
Como foi referido no capitulo anterior a aquisiccedilatildeo de sinais eletroencefalograacuteficos nos dois
voluntaacuterios foi feita recorrendo agrave utilizaccedilatildeo da soluccedilatildeo 1 uma vez que esta aparentava ser a mais
adequada A aquisiccedilatildeo destes sinais foi feita durante 70 segundos para ambos os voluntaacuterios contudo
de forma a obter uma melhor representaccedilatildeo na anaacutelise temporal apenas seratildeo apresentados 10
segundos VOLUNTAacuteRIO 1
No primeiro voluntaacuterio eacute possiacutevel observar que os traccedilados eletroencefalograacuteficos tanto no
eleacutetrodo comercial como no eleacutetrodo multipino satildeo bastante semelhantes o que revela que estes
conseguem captar satisfatoriamente os sinais produzidos pelas ondas cerebrais sendo o valor do
resiacuteduo (diferenccedila entre os dois sinais) apenas cerca de 10 dos proacuteprios sinais Eacute possiacutevel observar
que tanto a Figura 28 como a Figura 29 apresentam ondas com uma amplitude natildeo superior a 50 V
mantendo-se estes valores natildeo soacute na zona representada como tambeacutem ao longo dos 70 s de ensaio
Eacute de notar ainda que apoacutes o caacutelculo do valor de correlaccedilatildeo de Spearman obteacutem-se uma
correlaccedilatildeo de 09278 quando os olhos se encontram abertos e 09553 para os olhos fechados
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Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
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Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
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Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
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ESA410TM product Brochurerdquo Version 10 2009 [Online] Available httpwwwgamrycombr-ptprodutossoftwareesa410-electrochemical-signal-analyzer [Accessed 30-May-2015]
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[39] ldquoPorque Eu Deveria Usar Filtros Anti-Aliasing - National Instrumentsrdquo [Online] Available httpdigitalnicompublicnsfallkbCA53ABE9845FFFA986257A250050A6E0 [Accessed 30-May-2015]
[40] F DaSilva A F Volz M S Bikson M Fregni ldquoElectrode Positioning and Montage in Transcranial Direct Current Stimulationrdquo 2011
[41] O MEDICAL ldquoOTICON MEDICAL - Apostila neurolecrdquo [Online] Available httpportalotorrinolaringologiacombrresourcesAPOSTILA NEURELEC 2015pdf [Accessed 30-Jun-2016]
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Anexos
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Figura 28 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 29 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 1 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Na anaacutelise no domiacutenio das frequecircncias pode observar-se que as potecircncias captadas por
cada um dos eleacutetrodos em funccedilatildeo da frequecircncia satildeo semelhantes (Figura 30 e Figura 31) Contudo
com os olhos fechados observa-se que para frequecircncias que rondam os 10 Hz existe uma pequena
banda que corresponde agraves ondas alfa presentes nos estados de relaxamentosono [6] A banda
observada cerca dos 20 Hz poderaacute corresponder a ondas beta [6]
43
43
Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
44
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VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
45
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Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
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Referecircncias
[1] E Niedermeyer and F H L da Silva Electroencephalography Basic Principles Clinical Applications and Related Fields Lippincott Williams amp Wilkins 2005
[2] L G Kiloh A J McComas and J W Osselton Clinical Electroencephalography Elsevier Science 2013
[3] a R Mota L Duarte D Rodrigues a C Martins a V Machado F Vaz P Fiedler J
Haueisen J M Noacutebrega and C Fonseca ldquoDevelopment of a quasi-dry electrode for EEG recordingrdquo Sensors Actuators A Phys vol 199 pp 310ndash317 2013
[4] E Harmon-Jones and J S Beer Methods in Social Neuroscience New York Guilford Publications 2012
[5] R Lent Cem bilhoes de neuroacutenios conceitos fundamentais de neurociecircncia Second Atheneu 2010
[6] T Binnie CD Rowan AJ Gutter A Manual of Electroencephalographic Technology Ilustrada 1982
[7] S Smith ldquoEEG in the diagnosis classification and management of patients with epilepsyrdquo J Neurol Neurosurg Psychiatry vol 76 no Suppl 2 pp ii2ndashii7 Jun 2005
[8] F J C Luccas R Anghinah N I O Braga L C Fonseca M L Frochtengarten M S Jorge and P A M Kanda ldquoRecomendaccedilotildees Para O Registro Interpretaccedilatildeo Do Mapeamento Topograacutefico Do Eletrencefalograma E Potenciais Evocadosrdquo Neurologia vol 57 no 1 pp 132ndash146 1999
[9] ldquoEplilepsiardquo [Online] Available httpwwwepilepsia-cirurgiacombrprofissionais_saudehtm [Accessed 30-May-2015]
[10] G G Mussatto S De Informaccedilatildeo and D Caxias ldquoPerspectivas e Potencialidades da Interfacerdquo vol 13 pp 51ndash56 2014
[11] ldquoEletroencefalograma com Mapeamentordquo [Online] Available httpwwwneurologiasrvbreletroencefalograma-com-mapeamento [Accessed 17-May-2015]
[12] ldquoEletroencefalograma como eacute feito Como se preparar para o exame Quais satildeo as complicaccedilotildees - Exames e Procedimentos gt abcmedbrrdquo [Online] Available httpwwwabcmedbrpexames-e-procedimentos347519eletroencefalograma+como+e+feito+como+se+preparar+para+o+exame+quais+sao+as+complicacoeshtm [Accessed 17-May-2015]
[13] R Cooper J W Osselton and J C Shaw EEG Technology Elsevier Science 2014 [14] E Mcadams ldquoBioelectrodesrdquo pp 120ndash166 2006 [15] C F Paulo Pedrosaa Patrique Fiedlerd Vanessa Pestana Beatriz Vasconcelos Hugo Gaspar
Maria H Amaralf Diamantino Freitas Jens Haueisend Joatildeo M Noacutebrega ldquoAn innovative polymer wick based quasi-dry electrode for rapid electroencephalographyrdquo 2016
[16] Mark F Bear Barry W Connors Michael A Paradiso Neurociecircncias Desvendando o Sistema Nervoso 2008
[17] Wikipedia ldquo10-20 system (EEG)rdquo [Online] Available httpsenwikipediaorgwiki10-20_system_(EEG) [Accessed 15-Jan-2016]
[18] ldquoEEG electrodesrdquo [Online] Available httpfacultyksuedusaMFALREZEBooks
LibraryEEGEEG electrodespdf [Accessed 30-May-2015] [19] E J D Bronzino ldquoNeuman M R lsquoBiopotential Electrodesrsquordquo 2000 [20] E Huigen a Peper and C a Grimbergen ldquoInvestigation into the origin of the noise of
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surface electrodesrdquo Med Biol Eng Comput vol 40 no 3 pp 332ndash338 2002
[21] ldquoHow Do Skin Moisturizers Workrdquo [Online] Available httpchemistscornercomhow-do-skin-moisturizers-work [Accessed 30-May-2015]
[22] S Sanei and J A Chambers EEG Signal Processing Wiley 2013 [23] N Koura Electroless Plating Of Silver 1990 [24] M Schilesinger Modern Electroplating Cap 5 -ELECTROLESS AND ELECTRODEPOSITION OF
SILVER 5Th ed 2010 [25] P Tatsch ldquoDeposiccedilatildeo de filmes finosrdquo Jacobus W Swart Of pp 203ndash208 2000 [26] H W Ott Noise Reduction Techniques in Electronic Systems 2nd Editio John Wiley amp Sons
1988 [27] F J Harris ldquoOn the use of windows for harmonic analysis with the discrete Fourier
transformrdquo Proceedings of IEEE vol 66 no 1 pp 51ndash83 1978 [28] P Stoica and R Moses Spectral Analysis of Signals 2004 [29] I The MathWorks ldquopwelchrdquo [Online] Available
httpwwwmathworkscomhelpsignalrefpwelchhtmlsearchHighlight=pwelch [Accessed 13-Jun-2016]
[30] ldquoThe Use of Fast Fourier Transform for the Estimation of Power Spectrapdfrdquo [31] G Instruments ldquoEspectroscopia de impedacircncia eletroquiacutemica EIS300TMGamry Instruments
EIS300TM Product Brochurerdquo Rev 41 2010 [Online] Available httpwwwgamrycombr-ptprodutossoftwareeis300-electrochemical-impedance-spectroscopy-software [Accessed 30-May-2015]
[32] E S Kappenman and S J Luck ldquoThe Effects of Electrode Impedance on Data Quality and Statistical Significance in ERP Recordingsrdquo Psychophysiology vol 47 no 5 pp 888ndash904 Sep 2010
[33] P Tallgren S Vanhatalo K Kaila and J Voipio ldquoEvaluation of commercially available electrodes and gels for recording of slow EEG potentialsrdquo Clin Neurophysiol vol 116 no 4 pp 799ndash806 2005
[34] CMOS DRAKE ldquoMonitor multiparameacutetrico de sinais votais Infinity Product Brochurerdquo Revisatildeo 14 2008 [Online] Available httpwwwcmosdrakecombrmanualmanual_infinitypdf [Accessed 30-May-2015]
[35] T C Ferree P Luu G S Russell and D M Tucker ldquoScalp Electrode Impedance Infection Risk and EEG Data Qualityrdquo Electroencephalogr Clin Neurophysiol vol 53 no 9 pp 1689ndash1699 2013
[36] A Cristina and O Martins ldquoDesenvolvimento de biossensores natildeo invasivos para captaccedilatildeo de sinais eletroencefaacutelicos baseados em alginato com potencial utilizaccedilatildeo em receacutem-nascidos Desenvolvimento de biossensores natildeo invasivos para captaccedilatildeo de sinais eletroencefaacutelicos
baseados em ardquo 2012 [37] Gamry Instruments ldquoAnalisador de sinal eletroquiacutemico ESA410TMGamry Instruments -
ESA410TM product Brochurerdquo Version 10 2009 [Online] Available httpwwwgamrycombr-ptprodutossoftwareesa410-electrochemical-signal-analyzer [Accessed 30-May-2015]
[38] ldquoConceitos baacutesicos da amostragem analoacutegica - National Instrumentsrdquo [Online] Available httpwwwnicomwhite-paper3016pttoc3 [Accessed 30-May-2015]
[39] ldquoPorque Eu Deveria Usar Filtros Anti-Aliasing - National Instrumentsrdquo [Online] Available httpdigitalnicompublicnsfallkbCA53ABE9845FFFA986257A250050A6E0 [Accessed 30-May-2015]
[40] F DaSilva A F Volz M S Bikson M Fregni ldquoElectrode Positioning and Montage in Transcranial Direct Current Stimulationrdquo 2011
[41] O MEDICAL ldquoOTICON MEDICAL - Apostila neurolecrdquo [Online] Available httpportalotorrinolaringologiacombrresourcesAPOSTILA NEURELEC 2015pdf [Accessed 30-Jun-2016]
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Anexos
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Figura 30 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos abertos
Figura 31 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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VOLUNTAacuteRIO 2
A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
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Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
48
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Referecircncias
[1] E Niedermeyer and F H L da Silva Electroencephalography Basic Principles Clinical Applications and Related Fields Lippincott Williams amp Wilkins 2005
[2] L G Kiloh A J McComas and J W Osselton Clinical Electroencephalography Elsevier Science 2013
[3] a R Mota L Duarte D Rodrigues a C Martins a V Machado F Vaz P Fiedler J
Haueisen J M Noacutebrega and C Fonseca ldquoDevelopment of a quasi-dry electrode for EEG recordingrdquo Sensors Actuators A Phys vol 199 pp 310ndash317 2013
[4] E Harmon-Jones and J S Beer Methods in Social Neuroscience New York Guilford Publications 2012
[5] R Lent Cem bilhoes de neuroacutenios conceitos fundamentais de neurociecircncia Second Atheneu 2010
[6] T Binnie CD Rowan AJ Gutter A Manual of Electroencephalographic Technology Ilustrada 1982
[7] S Smith ldquoEEG in the diagnosis classification and management of patients with epilepsyrdquo J Neurol Neurosurg Psychiatry vol 76 no Suppl 2 pp ii2ndashii7 Jun 2005
[8] F J C Luccas R Anghinah N I O Braga L C Fonseca M L Frochtengarten M S Jorge and P A M Kanda ldquoRecomendaccedilotildees Para O Registro Interpretaccedilatildeo Do Mapeamento Topograacutefico Do Eletrencefalograma E Potenciais Evocadosrdquo Neurologia vol 57 no 1 pp 132ndash146 1999
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[11] ldquoEletroencefalograma com Mapeamentordquo [Online] Available httpwwwneurologiasrvbreletroencefalograma-com-mapeamento [Accessed 17-May-2015]
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[13] R Cooper J W Osselton and J C Shaw EEG Technology Elsevier Science 2014 [14] E Mcadams ldquoBioelectrodesrdquo pp 120ndash166 2006 [15] C F Paulo Pedrosaa Patrique Fiedlerd Vanessa Pestana Beatriz Vasconcelos Hugo Gaspar
Maria H Amaralf Diamantino Freitas Jens Haueisend Joatildeo M Noacutebrega ldquoAn innovative polymer wick based quasi-dry electrode for rapid electroencephalographyrdquo 2016
[16] Mark F Bear Barry W Connors Michael A Paradiso Neurociecircncias Desvendando o Sistema Nervoso 2008
[17] Wikipedia ldquo10-20 system (EEG)rdquo [Online] Available httpsenwikipediaorgwiki10-20_system_(EEG) [Accessed 15-Jan-2016]
[18] ldquoEEG electrodesrdquo [Online] Available httpfacultyksuedusaMFALREZEBooks
LibraryEEGEEG electrodespdf [Accessed 30-May-2015] [19] E J D Bronzino ldquoNeuman M R lsquoBiopotential Electrodesrsquordquo 2000 [20] E Huigen a Peper and C a Grimbergen ldquoInvestigation into the origin of the noise of
50
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surface electrodesrdquo Med Biol Eng Comput vol 40 no 3 pp 332ndash338 2002
[21] ldquoHow Do Skin Moisturizers Workrdquo [Online] Available httpchemistscornercomhow-do-skin-moisturizers-work [Accessed 30-May-2015]
[22] S Sanei and J A Chambers EEG Signal Processing Wiley 2013 [23] N Koura Electroless Plating Of Silver 1990 [24] M Schilesinger Modern Electroplating Cap 5 -ELECTROLESS AND ELECTRODEPOSITION OF
SILVER 5Th ed 2010 [25] P Tatsch ldquoDeposiccedilatildeo de filmes finosrdquo Jacobus W Swart Of pp 203ndash208 2000 [26] H W Ott Noise Reduction Techniques in Electronic Systems 2nd Editio John Wiley amp Sons
1988 [27] F J Harris ldquoOn the use of windows for harmonic analysis with the discrete Fourier
transformrdquo Proceedings of IEEE vol 66 no 1 pp 51ndash83 1978 [28] P Stoica and R Moses Spectral Analysis of Signals 2004 [29] I The MathWorks ldquopwelchrdquo [Online] Available
httpwwwmathworkscomhelpsignalrefpwelchhtmlsearchHighlight=pwelch [Accessed 13-Jun-2016]
[30] ldquoThe Use of Fast Fourier Transform for the Estimation of Power Spectrapdfrdquo [31] G Instruments ldquoEspectroscopia de impedacircncia eletroquiacutemica EIS300TMGamry Instruments
EIS300TM Product Brochurerdquo Rev 41 2010 [Online] Available httpwwwgamrycombr-ptprodutossoftwareeis300-electrochemical-impedance-spectroscopy-software [Accessed 30-May-2015]
[32] E S Kappenman and S J Luck ldquoThe Effects of Electrode Impedance on Data Quality and Statistical Significance in ERP Recordingsrdquo Psychophysiology vol 47 no 5 pp 888ndash904 Sep 2010
[33] P Tallgren S Vanhatalo K Kaila and J Voipio ldquoEvaluation of commercially available electrodes and gels for recording of slow EEG potentialsrdquo Clin Neurophysiol vol 116 no 4 pp 799ndash806 2005
[34] CMOS DRAKE ldquoMonitor multiparameacutetrico de sinais votais Infinity Product Brochurerdquo Revisatildeo 14 2008 [Online] Available httpwwwcmosdrakecombrmanualmanual_infinitypdf [Accessed 30-May-2015]
[35] T C Ferree P Luu G S Russell and D M Tucker ldquoScalp Electrode Impedance Infection Risk and EEG Data Qualityrdquo Electroencephalogr Clin Neurophysiol vol 53 no 9 pp 1689ndash1699 2013
[36] A Cristina and O Martins ldquoDesenvolvimento de biossensores natildeo invasivos para captaccedilatildeo de sinais eletroencefaacutelicos baseados em alginato com potencial utilizaccedilatildeo em receacutem-nascidos Desenvolvimento de biossensores natildeo invasivos para captaccedilatildeo de sinais eletroencefaacutelicos
baseados em ardquo 2012 [37] Gamry Instruments ldquoAnalisador de sinal eletroquiacutemico ESA410TMGamry Instruments -
ESA410TM product Brochurerdquo Version 10 2009 [Online] Available httpwwwgamrycombr-ptprodutossoftwareesa410-electrochemical-signal-analyzer [Accessed 30-May-2015]
[38] ldquoConceitos baacutesicos da amostragem analoacutegica - National Instrumentsrdquo [Online] Available httpwwwnicomwhite-paper3016pttoc3 [Accessed 30-May-2015]
[39] ldquoPorque Eu Deveria Usar Filtros Anti-Aliasing - National Instrumentsrdquo [Online] Available httpdigitalnicompublicnsfallkbCA53ABE9845FFFA986257A250050A6E0 [Accessed 30-May-2015]
[40] F DaSilva A F Volz M S Bikson M Fregni ldquoElectrode Positioning and Montage in Transcranial Direct Current Stimulationrdquo 2011
[41] O MEDICAL ldquoOTICON MEDICAL - Apostila neurolecrdquo [Online] Available httpportalotorrinolaringologiacombrresourcesAPOSTILA NEURELEC 2015pdf [Accessed 30-Jun-2016]
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Anexos
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A segunda aquisiccedilatildeo foi tambeacutem realizada ao longo de 70s contudo soacute se encontra
representado um fragmento de 10 s nas Figura 32 e Figura 33 uma vez que a representaccedilatildeo do sinal
completo dificultaria a observaccedilatildeo detalhada do sinal Nestas imagens eacute possiacutevel observar a existecircncia
de uma boa correlaccedilatildeo entre os graacuteficos que eacute verificada ao realizar o calculo da correlaccedilatildeo de
Spearman obtendo-se entatildeo um valor de 09228 de correlaccedilatildeo entre os sinais obtidos aquando a
realizaccedilatildeo do ensaio com os olhos abertos e um valor de 09580 para os olhos fechados
Figura 32 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos abertos no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
Figura 33 Fragmento de 10 s do traccedilado da atividade eletroencefalograacutefica em repouso com os olhos fechados no voluntaacuterio 2 apoacutes aplicaccedilatildeo de um filtro passa banda com frequecircncias 05 Hz e 40 Hz
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Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
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Referecircncias
[1] E Niedermeyer and F H L da Silva Electroencephalography Basic Principles Clinical Applications and Related Fields Lippincott Williams amp Wilkins 2005
[2] L G Kiloh A J McComas and J W Osselton Clinical Electroencephalography Elsevier Science 2013
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Haueisen J M Noacutebrega and C Fonseca ldquoDevelopment of a quasi-dry electrode for EEG recordingrdquo Sensors Actuators A Phys vol 199 pp 310ndash317 2013
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Maria H Amaralf Diamantino Freitas Jens Haueisend Joatildeo M Noacutebrega ldquoAn innovative polymer wick based quasi-dry electrode for rapid electroencephalographyrdquo 2016
[16] Mark F Bear Barry W Connors Michael A Paradiso Neurociecircncias Desvendando o Sistema Nervoso 2008
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SILVER 5Th ed 2010 [25] P Tatsch ldquoDeposiccedilatildeo de filmes finosrdquo Jacobus W Swart Of pp 203ndash208 2000 [26] H W Ott Noise Reduction Techniques in Electronic Systems 2nd Editio John Wiley amp Sons
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[33] P Tallgren S Vanhatalo K Kaila and J Voipio ldquoEvaluation of commercially available electrodes and gels for recording of slow EEG potentialsrdquo Clin Neurophysiol vol 116 no 4 pp 799ndash806 2005
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[36] A Cristina and O Martins ldquoDesenvolvimento de biossensores natildeo invasivos para captaccedilatildeo de sinais eletroencefaacutelicos baseados em alginato com potencial utilizaccedilatildeo em receacutem-nascidos Desenvolvimento de biossensores natildeo invasivos para captaccedilatildeo de sinais eletroencefaacutelicos
baseados em ardquo 2012 [37] Gamry Instruments ldquoAnalisador de sinal eletroquiacutemico ESA410TMGamry Instruments -
ESA410TM product Brochurerdquo Version 10 2009 [Online] Available httpwwwgamrycombr-ptprodutossoftwareesa410-electrochemical-signal-analyzer [Accessed 30-May-2015]
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[40] F DaSilva A F Volz M S Bikson M Fregni ldquoElectrode Positioning and Montage in Transcranial Direct Current Stimulationrdquo 2011
[41] O MEDICAL ldquoOTICON MEDICAL - Apostila neurolecrdquo [Online] Available httpportalotorrinolaringologiacombrresourcesAPOSTILA NEURELEC 2015pdf [Accessed 30-Jun-2016]
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Anexos
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Em relaccedilatildeo agrave anaacutelise da Figura 34 eacute possiacutevel observar que em vigila a densidade espectral
meacutedia eacute muito semelhante para toda a gama de frequecircncias contudo na Figura 35 pode-se observar
aleacutem da boa correlaccedilatildeo entre sinais que o voluntaacuterio 2 apresenta grande quantidade de ondas alfa
quando se encontra com os olhos encerrados
Figura 34 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 2 em repouso com os olhos abertos
Figura 35 Densidade espectral de tensatildeo meacutedia do ruiacutedo em dB no voluntaacuterio 1 em repouso com os olhos fechados
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
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Referecircncias
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50
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[32] E S Kappenman and S J Luck ldquoThe Effects of Electrode Impedance on Data Quality and Statistical Significance in ERP Recordingsrdquo Psychophysiology vol 47 no 5 pp 888ndash904 Sep 2010
[33] P Tallgren S Vanhatalo K Kaila and J Voipio ldquoEvaluation of commercially available electrodes and gels for recording of slow EEG potentialsrdquo Clin Neurophysiol vol 116 no 4 pp 799ndash806 2005
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[35] T C Ferree P Luu G S Russell and D M Tucker ldquoScalp Electrode Impedance Infection Risk and EEG Data Qualityrdquo Electroencephalogr Clin Neurophysiol vol 53 no 9 pp 1689ndash1699 2013
[36] A Cristina and O Martins ldquoDesenvolvimento de biossensores natildeo invasivos para captaccedilatildeo de sinais eletroencefaacutelicos baseados em alginato com potencial utilizaccedilatildeo em receacutem-nascidos Desenvolvimento de biossensores natildeo invasivos para captaccedilatildeo de sinais eletroencefaacutelicos
baseados em ardquo 2012 [37] Gamry Instruments ldquoAnalisador de sinal eletroquiacutemico ESA410TMGamry Instruments -
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[38] ldquoConceitos baacutesicos da amostragem analoacutegica - National Instrumentsrdquo [Online] Available httpwwwnicomwhite-paper3016pttoc3 [Accessed 30-May-2015]
[39] ldquoPorque Eu Deveria Usar Filtros Anti-Aliasing - National Instrumentsrdquo [Online] Available httpdigitalnicompublicnsfallkbCA53ABE9845FFFA986257A250050A6E0 [Accessed 30-May-2015]
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[41] O MEDICAL ldquoOTICON MEDICAL - Apostila neurolecrdquo [Online] Available httpportalotorrinolaringologiacombrresourcesAPOSTILA NEURELEC 2015pdf [Accessed 30-Jun-2016]
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Anexos
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
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anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
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Referecircncias
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[8] F J C Luccas R Anghinah N I O Braga L C Fonseca M L Frochtengarten M S Jorge and P A M Kanda ldquoRecomendaccedilotildees Para O Registro Interpretaccedilatildeo Do Mapeamento Topograacutefico Do Eletrencefalograma E Potenciais Evocadosrdquo Neurologia vol 57 no 1 pp 132ndash146 1999
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[10] G G Mussatto S De Informaccedilatildeo and D Caxias ldquoPerspectivas e Potencialidades da Interfacerdquo vol 13 pp 51ndash56 2014
[11] ldquoEletroencefalograma com Mapeamentordquo [Online] Available httpwwwneurologiasrvbreletroencefalograma-com-mapeamento [Accessed 17-May-2015]
[12] ldquoEletroencefalograma como eacute feito Como se preparar para o exame Quais satildeo as complicaccedilotildees - Exames e Procedimentos gt abcmedbrrdquo [Online] Available httpwwwabcmedbrpexames-e-procedimentos347519eletroencefalograma+como+e+feito+como+se+preparar+para+o+exame+quais+sao+as+complicacoeshtm [Accessed 17-May-2015]
[13] R Cooper J W Osselton and J C Shaw EEG Technology Elsevier Science 2014 [14] E Mcadams ldquoBioelectrodesrdquo pp 120ndash166 2006 [15] C F Paulo Pedrosaa Patrique Fiedlerd Vanessa Pestana Beatriz Vasconcelos Hugo Gaspar
Maria H Amaralf Diamantino Freitas Jens Haueisend Joatildeo M Noacutebrega ldquoAn innovative polymer wick based quasi-dry electrode for rapid electroencephalographyrdquo 2016
[16] Mark F Bear Barry W Connors Michael A Paradiso Neurociecircncias Desvendando o Sistema Nervoso 2008
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[36] A Cristina and O Martins ldquoDesenvolvimento de biossensores natildeo invasivos para captaccedilatildeo de sinais eletroencefaacutelicos baseados em alginato com potencial utilizaccedilatildeo em receacutem-nascidos Desenvolvimento de biossensores natildeo invasivos para captaccedilatildeo de sinais eletroencefaacutelicos
baseados em ardquo 2012 [37] Gamry Instruments ldquoAnalisador de sinal eletroquiacutemico ESA410TMGamry Instruments -
ESA410TM product Brochurerdquo Version 10 2009 [Online] Available httpwwwgamrycombr-ptprodutossoftwareesa410-electrochemical-signal-analyzer [Accessed 30-May-2015]
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[41] O MEDICAL ldquoOTICON MEDICAL - Apostila neurolecrdquo [Online] Available httpportalotorrinolaringologiacombrresourcesAPOSTILA NEURELEC 2015pdf [Accessed 30-Jun-2016]
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Anexos
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Capiacutetulo 5 Conclusotildees
Conclusotildees
No decorrer deste projeto foram realizados ensaios de ruiacutedo e impedacircncia com a finalidade
de caracterizar os eleacutetrodos desenvolvidos nomeadamente no que diz respeito a trecircs soluccedilotildees
hidratantes usadas comparando-os com os eleacutetrodos tradicionalmente usados de AgAgCl Estes
estudos no que diz respeito aos ensaios laquoIn vitroraquo permitiram chegar agrave conclusatildeo de que aleacutem dos
resultados serem bastante reprodutiacuteveis e satisfatoacuterios para ambos os tipos de eleacutetrodos (eleacutetrodos
multipino e eleacutetrodos comerciais) Observou-se para os ensaios laquoIn vivoraquo que qualquer soluccedilatildeo
hidratante seria plausiacutevel de ser utilizada para os eleacutetrodos multipino uma vez que as diferenccedilas natildeo
eram significativas Nos resultados obtidos para os eleacutetrodos de controlo observa-se que os valores de
impedacircncia satildeo significativamente menores (Figura 18) contudo numa anaacutelise aos valores RMS do
ruiacutedo observou-se que estes eram mais instaacuteveis quando compadrados com os mesmos resultados nos
eleacutetrodos multipino (Figura 19 (b))
Foi tambeacutem descrita ao longo do relatoacuterio a contribuiccedilatildeo de cada componente constituinte
dos novos eleacutetrodos na resposta do sistema Desta forma concluiu-se que a maior barreira para a
passagem de corrente eacute apresentada pela estrutura porosa de policarbonato contudo a impedacircncia
global do eleacutetrodo encontra-se bastante abaixo da impedacircncia imposta pela pele natildeo limitando desta
forma a aquisiccedilatildeo do sinal Os eleacutetrodos multipino contam tambeacutem com niacuteveis de ruiacutedo ligeiramente
mais reduzidos e estaacuteveis que os obtidos pelos eleacutetrodos comerciais
Os ensaios de mediccedilatildeo de impedacircncia e ruiacutedo eleacutetrico aquiridos laquoIn vivoraquo permitiram concluir
que os resultados dependem maioritariamente do tipo de pele do voluntaacuterio e contudo de uma forma
geral os resultados nas mediccedilotildees de ruiacutedo e estabilizaccedilatildeo do potencial (Figura 26) para a soluccedilatildeo 1
aparentam ser os mais promissores Com vista nestes resultados foi escolhida a soluccedilatildeo 1 para
prosseguir com os ensaios de aquisiccedilatildeo de sinal eletroencefalograacutefico nos 2 voluntaacuterios
Finalmente nos ensaios eletroencefalograacuteficos propiamente ditos os resultados foram
satisfatoacuterios uma vez que os sinais captados pelo eleacutetrodo de controlo e o eleacutetrodo multipino foram
anaacutelogos obtendo-se para todos os casos um valor de correlaccedilatildeo de Spearman superior a 09 Foi
tambeacutem possiacutevel captar algumas ondas alfa em ambos os tipos de eleacutetrodos tiacutepicas do estado de
relaxamento com os olhos encerrados
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Referecircncias
[1] E Niedermeyer and F H L da Silva Electroencephalography Basic Principles Clinical Applications and Related Fields Lippincott Williams amp Wilkins 2005
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Anexos
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Referecircncias
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Referecircncias
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