Instrumenta

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Instrumentação de sinais biológicos

• William Záccaro Gomes

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Estrutura da apresentação

• Introdução
• Principais sinais biofísicos estudados
• Principais componentes de projeto
• Exemplo de instrumento Biomédico
• Conclusão

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I - Introdução
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Conceitos Básicos

• Sinal
• Pode-se dizer que um sinal é a descrição
  quantitativa de um fenômeno que acontece em um
  ambiente qualquer.
• Os sinais são funções de uma ou mais variáveis
  independentes e, tipicamente contêm informação
  acerca do comportamento ou natureza de um
  fenômeno físico.

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Campo de Aplicação
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Campo de Aplicação

• Bioengenharia
• Trata da pesquisa básica de fenômenos e sistemas
  biológicos, visando gerar novos conhecimentos
  para diagnóstico, terapêutica e prevenção de
  doenças.
• Engenharia Clínica
• Área que engloba o desenvolvimento, produção e a
  avaliação de dispositivos e equipamentos médico
  hospitalares e de pesquisa.
• Engenharia Médica
• Determina rotinas de manutenção preventiva em
  instalações hospitalares, promove procedimentos
  de metrologia em sistemas médico hospitalares
  (calibração, aferição, substituição).

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Princípios fisiológicos dos biopotenciais
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REPOUSO
DESPOLARIZAÇÃO
REPOLARIZAÇÃO
POTENCIAL DE MEMBRANA
POTENCIAL DEAÇÃO
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II Sinais Biofísicos

• Sinais bioelétricos
• ECG, EEG, EMG, EOG.
• Sinais biomagnéticos
• MEG, MCG, Biossusceptibilidade.
• Sinais biomecânicos
• Pressão arterial, Força de contração muscular.
• Sinais bioquímicos.
• Glicemia, Teor alcoólico sanguíneo, pH.

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Aspectos de interesse dos biopotenciais

• Duração
• Amplitude
• Freqüência

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III Principais componentes no projeto de um
instrumento
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Amplificadores de Instrumentação

• Alto ganho (tipicamente entre 1 e 1000)
• Alta impedância de entrada (da ordem de 10 Mohms)
• Baixa impedância de saída
• Alta rejeição de tensão em modo comum (CMRR)
• Alta estabilidade do ganho em função da
  freqüência.
• Alta linearidade

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Amplificadores de Instrumentação
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Amplificador de Instrumentação AD620
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Amplificadores de Isolamento

• São amplificadores analógicos lineares que
  promovem isolamento galvânico entre sinal de
  entrada e saída.
• O isolamento galvânico é assegurado através da
  modulação do sinal de entrada seguido de
  acoplamento indutivo ou ótico no primeiro
  estágio. O segundo estágio detecta o sinal
  acoplado e procede a demodulação.

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Amplificadores de Isolamento
Simbologia
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Filtros

• Filtro Passa Altas
• Filtro Passa Baixas
• Filtro Passa Faixa
• Filtro Rejeita Faixa

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Transdutores

• Eletrodos de Biopotencial
• Transdutores à fibra ótica
• pH
• Temperatura
• Pressão
• Transdutores à semicondutores
• Pressão
• Temperatura

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Eletrodos de biopotencial

• Eletrodo metálico solução iônica (gel)

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Considerações adicionais

• Ruído
• Blindagem das fontes de ruído conhecidas.
• Blindagem dos estágios mais susceptíveis.
• Segurança
• Aterramento de todos os instrumentos em um único
  ponto comum.
• Cuidado com os potenciais gerados pelo
  instrumento nas interfaces (eletrodos, IHM).

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IV Exemplo de instrumento

• Eletrocardiógrafo
• Instrumento não invasivo para a medição dos
  potenciais gerados pela contração e relaxamento
  do músculo cardíaco.

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Propagação do potencial de ação no miocárdio
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Interpretação do sinal de ECG

• Onda P despolarização do átrio.
• Intervalo PQ região isoelétrica, atraso no
  nódulo átrio-ventricular.
• Complexo QRS contração dos músculos dos
  ventrículos.
• Onda T repolarização dos ventrículos.

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Interpretação do sinal de ECG
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Derivações do sinal de ECG
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Potencial de diagnóstico do ECG

• Características do Exame
• Baixo custo
• Não invasivo
• Baixo risco para o paciente
• Versatilidade de implementação (Holter, ECGAR)
• Alterações metabólicas do organismo
• Alterações anatômicas do coração
• Cardiopatias
• Arritmias cardíacas

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Potencial de diagnóstico do ECG

• Níveis de tensão típicos
• Amplitude QRS típica 500 µV a 1,2 mV
• Largura de banda
• ECG clínico 50 mHz a 100 Hz.
• Monitoraçãodo ECG (UTI, etc) 500 mHz a 50 Hz.
• Monitores para detecção de potenciais tardios
  até 500 Hz.
• Medidores de freqüência cardíaca
• Maximizar a relação sinal/ruído para detectores
  de QRS.

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V Conclusão

• Nível de complexidade dos transdutores.
• Características comuns em sinais biológicos
• Baixa amplitude.
• Baixa relação sinal ruído (SNR).
• Baixas freqüências.

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V Conclusão

• Conclusão
• Instrumentos devem ser projetados de modo a se
  adaptarem com as restrições do projeto.
• Portabilidade
• Segurança
• Não invasividade
• Baixo custo

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Espaço para dúvidas