Filtragem II

Filtro passa-alto

O principal objectivo que o filtro passa alto tem, é de deixar passar frequências acima de uma determinada frequência, procedeu-se ao cálculo das resistências (pelo mesmo método anunciado no filtro passa-baixo), dando uma frequência de corte de 0,5HZ, com os valores de condensadores de 220 nF. 

 

 

R1=1,02MOhm  e R2=2,05MOhm

Q=0,707               Kc=1

Ao testar, fomos variando as frequências da mesma forma que o procedemos para o passa-baixo e obtivemos as seguintes ondas, segundo o Canal 1 e Canal 2 a 200mV; 100msegundos:

Passa Alto testado por Gerador de Sinais

Passa-Alto testado pelo Simulador

Saida total dos dois Filtros

Filtragem I

Os filtros vão reduzir todos os ruídos provenientes seja do material, seja das frequências indesejadas. Como sabemos que o sinal captado por um electrocardiógrafo está entre a gama de frequências 0,5-50Hz. Teremos assim de montar um Filtro Passa-Banda constituído por um Passa-Baixo com uma frequência de corte de 50Hz e um Passa-Alto com uma frequência de corte de 0,5Hz.

Passa-Baixo

Utilizamos primeiro o Passa-Baixo pois este melhora a rejeição de interferências provenientes da alta frequência induzida pelos cabos do ECG. O filtro tem as seguintes características:

• Filtro é Activo
• É de segunda Ordem
• É do tipo Sallen-Key
• Utilizamos um AmpOp TL084

Filtro Passa-Baixo Sallen-Key

Terá uma frequência de corte de 50Hz ou seja todas as frequências a cima dessa valor serão eliminadas.

Quanto ao dimensionamento, por se tratar de um Filtro Passa-Baixo Sallen-Key dispomos de três formulas para calcular condensadores e resistências:

Factor de Qualidade

 

Frequência de Corte

 

Frequência de Pólo

 

Sendo que o Kc consultamos na seguinte tabela depois de termos calculado o factor de qualidade:

Com os cálculos feitos obtivemos assim:

C1=47nF

C2=100nF

R=21,8kOhm = 22kOhm

Depois de montado, testámos o circuito aplicando diversas frequências de 30Hz a 180Hz e verificamos o comportamento do filtro ao aproximar-se dos 50Hz e ao passar.

Com o simulador de ECG, conseguimos obter a seguinte imagem com Amplificador de Instrumentação + Passa-baixo. Aqui o CH1 está a visualizar o sinal de entrada (depois do Amplificador de Instrumentação) e o CH2 está a visualizar o sinal de saída (depois do Filtro).

Montagem de Passa-Baixo

Onda Obtida pelo Passa-Baixo

MUX

Sabemos que para realizar um ECG, necessitamos de dispor vários eléctrodos no corpo, de algumas formas diferentes como já foi exposto anteriormente. Segundo o Triângulo de Einthoven existem 3 derivações, mas no nosso projecto vamos apenas usar duas. Cada derivação vai ter uma forma de onda diferente.

Assim sendo, neste trabalho vamos ter dois amplificadores de instrumentação, ambos com o mesmo ganho de 10 e cada um para uma derivação diferente. Para escolher que derivação vamos filtrar e posteriormente visualizar teremos de aplicar um Multiplexer Analógico 2:1 (ADG509A). 

Para controlar a derivação que queremos visualizar utilizaremos um Botão On/Off (5v-0v), sendo que cada derivação aparecerá consoante o estado do botão. Este botão vai ter um bloco especifico na parte de Software, para o podermos controlar.

Esquema do Integrado

Tabela de Verdade

Nas figuras a cima conseguimos ver os esquema do Mux que é nos dado pelo datasheet e a respectiva tabela de verdade. Desta forma as ligações que vamos fazer são: aplicar a Vdd 5V, a Vss aplicar -5V. O Enable, segundo a tabela de verdade estará sempre a 1 logo aplicamos-lhe 5V, também. Ligamos a Terra a GND e será em S1A e S2A que vamos ligar as saídas vindas de cada amplificador. Para escolher a derivação, iremos ligar A1 a 0V (como está no datasheet) e apenas A0 é usado para comutação das derivações (este pin estará ligado ao software). À saída, estará em Da, onde é possível visualizar a derivação escolhida, segundo a tabela de verdade.

Para testar, aplicamos uma onda a S1A e 0V a S2A, vendo o que sai à saída ao comutar 0 ou 1.

Amplificador de Instrumentação

Como está disponível no nosso diagrama de blocos da publicação anterior, o primeiro bloco é a amplificação. Para isso são utilizados Amplificadores Operacionais (Ampops) - circuitos integrados capacitados com variadas operações (inversão, soma, subtracção, integração, diferenciação, entre outras) e com características especiais tais como: resistências de entrada elevadas, resistências de saída baixas e ganho elevado. Estes circuitos integrados são constituídos principalmente por transístores e resistências.

Nesta primeira amplificação é utilizado um Amplificador de Instrumentação. Este é projectado especialmente para sistemas de aquisição de dados, testes automáticos de equipamentos e instrumentação médica. É utilizado neste caso, pois pretendemos amplificar um sinal diferencial a partir de duas derivações (ligadas aos eléctrodos) e tem como vantagens de utilização a elevada impedância de entrada e facilidade de ajuste do ganho.

Tem então, como principal função amplificar o sinal de entrada, contendo um ganho de 10. Desta forma irá amplificar o sinal 10 vezes: se ao inicio tivermos uma amplitude de 1V, o sinal de entrada estará amplificado para 10V. Este amplificador é composto por 3 Ampops e 7 resistências, em que uma (Rg ou aR) é variável, permitindo anular erros de 'offset'.

No nosso caso iremos utilizar o Ampop AD622, com os 3 Ampops e resistências já integradas, onde apenas calculamos Rg segundo:

G=1+49,4k/Rg, onde G é o ganho do circuito

Para um ganho de 10 obtivemos um Rg=5,6kOhm

No nosso projecto, necessitamos de utilizar dois Amplificadores de Instrumentação, um para cada derivação.  


Ao testar com o simulador tivemos de aplicar um ganho maior (de 500) adicionando uma Resistência de 100Ohm, e obtivemos a seguinte onda:

Diagrama de blocos

                 O sistema de um ECG poderá ser subdividido em etapas. Num momento inicial o coração emite um impulso eléctrico que vai ser depois captado pelos eléctrodos. Depois este é amplificado, de modo a obter um sinal de maior intensidade. De seguida o sinal e filtrado para uma gama de frequências entre 0.5 e 50 Hz característica esta do ECG. Deste modo, o sinal é então isolado e atenuado sendo posteriormente amplificado.

Por último, o software consiste na aquisição, processamento e visualização de dados sendo este realizado no labview, programa adequado para este fim.

Eléctrodos

O eléctrodo é um terminal utilizado para conectar um circuito eléctrico a uma parte não metálica, no nosso caso com a pele do paciente. Este terminal deve ser constituído por um material condutor de electricidade (metal, grafite, platina ou outro) e tem como objectivo proporcionar uma transferência de electrões entre o circuito e o meio no qual está inserido. 

O contacto do eléctrodo com a pele  gera um potencial - o potencial de eléctrodo, que é necessário ser minimizado, usando eléctrodos compostos pelo mesmo material.

Existem 3 tipos de eléctrodos: os macroeléctrodos, os microeléctrodos e os eléctrodos de inserção. No nosso trabalho vamos usar apenas os macroélectrodos pois: são mais apropriados para medicina, tem baixo custo e existem na forma descartável.

Estes eléctrodos dividem-se em:

• Os eléctrodos de superfície são compostos por um pequeno disco metálico associado a um fio condutor, geralmente blindado para evitar a interferência electromagnética. São postos em contacto com a pele e são fixados através de uma cola suave. Recorre-se a um gel de condução para reduzir a impedância entre o eléctrodo e a pele.

• Os eléctrodos de agulha são utilizados na aquisição de sinais de materiais biológicos subcutâneos. Estes eléctrodos necessitam de ser perfurantes, por isso existe um afilamento do eléctrodo em forma de agulha. Estes são usados em casos específicos em que não é possível o uso dos de contacto,como para pacientes acamados ou com a pele extremamente seca.

 
 
 
 

Descrição do sinal ECG- Princípios Físicos

As derivações no ECG consiste numa combinação de eléctrodos que formam uma linha imaginária ao longo do organismo através do qual os sinais eléctricos são medidos e pode ser definida de acordo com a posição dos eléctrodos, no plano frontal que são derivações periféricas e no plano horizontal formando derivações precordiais .

As ondas que se vêm num sinal de ECG são: 

• A Onda P corresponde a despolarização auricular e a  sua amplitude máxima é de 0.25 mV.

• O complexo QRS corresponde a despolarização ventricular, 

• A onda T corresponde a repolarização ventricular. 

• Onda T atrial: A repolarização atrial não costuma ser registrada, pois é encoberta pela despolarização ventricular, sendo esta concomitantemente mais eléctrica e potente. Quando registrada, corresponde a Onda T atrial. A onda Ta é oposta à onda P.

• Intervalo PR: é o intervalo entre o início da onda P e início do complexo QRS. É um indicativo da velocidade de condução entre os átrios e os ventrículos e corresponde ao tempo de condução do impulso eléctrico desde o nódulo auriculo-ventricular até aos ventrículos.
• Período PP ou Intervalo PP, ou Ciclo PP: é o intervalo entre o início de duas ondas P. Corresponde à frequência de despolarização atrial, ou simplesmente frequência atrial.
• Período RR ou Intervalo RR, ou Ciclo RR:  é o intervalo entre duas ondas R. Corresponde à frequência de despolarização ventricular, ou simplesmente frequência ventricular.

Derivações bipolare ou clássica

Derivações são eixos que unem dois pontos (positivo e negativo)onde são colocados os eléctrodos de registo dos potenciais eléctricos gerados por um dipolo eléctrico.

As derivações bipolares registram a diferença de potencial entre dois membros e foram introduzidas por Einthoven que imaginou o coração localizado no centro de um triângulo equilátero cujos vértices estariam representados pelo braço direito (VR), braço esquerdo (VL), e perna esquerda (VF). 

A figura em cima mostra esquematicamente os três eléctrodos e as derivações bipolares no triângulo de Einthoven. A orientação das derivações bipolares DI, DII e DIII, estabelecidas por Einthoven foi baseada na Segunda Lei de Kirchoff que diz que num circuito fechado, a soma das diferenças de potencial é igual a zero, implicam que será sempre válida a relação: DI + DIII = DII.

Neste triângulo, Einthoven inverteu a polaridade de DII a fim de obter registro positivo da onda R nas três derivações.

    

As ligações feitas são: 

• DI=VL-VR (braço esquerdo e braço direito) 
• DII=VF-VR (perna esquerda e braço direito)
• DIII=VF-VL (perna esquerda e braço esquerdo)