Universidade Federal de Santa Maria
Centro de Tecnologia
Departamento de Eletrônica e Computação
Monitor Cardíaco
Proposta de Trabalho de Conclusão de Curso
Prof. Giovani Baratto
Santa Maria
Agosto de 2005
Índice
Introdução................................................................................................................................... 3
Objetivos .................................................................................................................................... 5
Cronograma de Atividades......................................................................................................... 6
Bibliografia................................................................................................................................. 7
Introdução
Neste documento será apresentada a proposta para a implementação de um monitor
cardíaco. O grupo de microeletrônica da UFSM possui trabalhos na área de medida,
monitoração e reconhecimento de padrões de sinais cardíacos. Esta proposta de trabalho vem
adicionar. A implementação deste monitor cardíaco possibilitará a aquisição de sinais
cardíacos para estudo, o que até o momento tem sido realizado somente com sinais
disponíveis em bancos de dados públicos. O equipamento que será desenvolvido tem
possibilidades de ser um protótipo para um equipamento comercial. Este é um trabalho que
será realizado em conjunto com um outro projeto, para o reconhecimento de arritmias
cardíacas utilizando wavelets e redes neurais artificiais.
O diagrama em blocos do sistema proposto é apresentado na Figura 1. Neste diagrama,
os sinais cardíacos são adquiridos por meio de dois eletrodos colocados nos braços do
paciente. Em sistemas modernos de medida de sinais cardíacos, o paciente não é ligado a um
terminal de terra. Um terceiro eletrodo conectado a perna do paciente é ligado a um circuito
que gera uma tensão em modo comum. Este procedimento também garante uma maior
segurança ao paciente. Os sinais cardíacos são inicialmente amplificados por amplificador de
sinais biopotenciais. O amplificador tem uma banda passante de 0,67 Hz a 40 Hz. O ganho do
amplificador deve levar em conta que os sinais cardíacos estão compreendidos entre algumas
dezenas de µV a alguns poucos mV. A entrada do amplificador de biopotenciais possui um
circuito de proteção contra alta voltagem, no caso do uso de um equipamento desfibrilador.
Algum tipo de circuito de isolação é usado após o pré-amplificador dos sinais de ECG e o
resto do circuito para a proteção do paciente. Os sinais amplificados passam por um filtro
passa-baixas com freqüência de corte de 150 Hz. Um conversor A/D realiza a conversão do
sinal analógico na saída do filtro para a forma digital. O conversor A/D tem uma taxa de
amostragem baixa, da ordem de 1 KS/s com uma resolução de 16 ou 24 bits. O sinal
convertido na forma digital é enviado para um computador por meio de uma conexão Ethernet
ou por meio de uma conexão RF.
Além dos circuitos cujos blocos são apresentados na Figura 1, será implementado um
circuito para a detecção da falha de contato dos eletrodos e um alarme. Este alarme servirá
também para a indicação de arritmias no sinal cardíaco do paciente.
O monitor cardíaco apresentado será controlado por um microcontrolador que será
definido ao longo do trabalho. O micrcontrolador terá como tarefas aceitar a entrada de um
teclado e apresentar as informações em um mostrador. O microcontrolador também será
responsável pelo controle do conversor A/D, processamento dos dados digitais e o
processamento, compressão e empacotamento dos dados para envio a um computador.
Figura 1 – Diagrama em blocos do front-end do monitor cardíaco.
Objetivos
O objetivo principal desta proposta de trabalho de conclusão de curso é a implementação do
hardware e do software de um monitor cardíaco. Este trabalho tem os seguintes objetivos
específicos:
1. Revisão na literatura especializada dos seguintes assuntos: sinais cardíacos,
amplificadores de biopotenciais, filtros, conversores A/D, Ethernet, transmissão de
dados e monitores cardíacos.
2. Especificação do monitor cardíaco.
3. Projeto inicial do hardware do monitor: pré-amplificadores, amplificadores, circuitos
de proteção e isolação, filtros, conversor A/D e sistema com microcontrolador.
4. Simulação do sistema projetado.
5. Projeto do software de controle do monitor cardíaco.
6. Implementação do hardware do monitor cardíaco.
7. Programação do microcontrolador.
8. Testes com o sistema implementado. Em uma fase inicial de testes, será usando um
circuito simulador para gerar os sinais cardíacos. Serão usados pacientes humanos em
uma fase posterior de testes.
9. Redação do trabalho de conclusão de curso
A fase de testes com pacientes humanos será realizada após serem obtidas as autorizações
necessárias e após a certificação quanto a segurança do equipamento. Caso não seja possível a
obtenção da autorização, os testes serão realizados somente com o circuito simulador de sinais
cardíacos.
Cronograma de Atividades
A implementação deste trabalho de conclusão de curso está prevista para ser realizada no
prazo de um ano, a partir do inicio das atividades.
O cronograma de atividades foi planejado levando em conta os objetivos específicos desta
proposta para um trabalho de conclusão de curso.
Tabela 1 - Cronograma das atividades desenvolvidas no projeto do monitor cardíaco. As atividades são
enumeradas na tabela descritas no texto a seguir.
Trimestre
Atividades
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1
X
X
2
X
X
X
X
X
X
X
X
As atividades enumeradas de 1 a 9 na Tabela 1 são as seguintes:
1. Revisão da literatura especializada.
2. Especificação do monitor cardíaco.
3. Projeto inicial do hardware do monitor
4. Simulação do sistema projetado.
5. Projeto do software de controle do monitor cardíaco.
6. Implementação do hardware do monitor cardíaco.
7. Programação do microcontrolador.
8. Testes com o sistema implementado.
9. Redação do trabalho de conclusão de curso
3
4
X
X
X
X
X
X
Bibliografia
[Webster98] Webster, J. G. Medical Instrumentation: application and design. John Wiley
& Sons, Inc. ed. 3, 1998.