Aquisição e análise de um sinal de ECG (eletrocardiografia)

1. Aquisição de um sinal ECG

1. Ajuste a tensão das fontes para +5 V e -5 V e conecte-as em série.
2. Construa o circuito mostrado na Figura 4. Calcule os valores dos resistores e capacitores. Para o filtro de passagem alta, a frequência de corte deve ser de 0,5 Hz. O valor do capacitor deve ser escolhido na tabela abaixo (de acordo com a disponibilidade).

Valores do capacitor disponível (μF )
0.001	1	100
0.022	2.2	220
0.047	4.7	470
0.01	10	1000
0.1	47	2200

3. Coloque eletrodos no braço direito, braço esquerdo e perna direita (isto é referência) do paciente, e conecte-os ao circuito.
4. Use o osciloscópio para visualizar o sinal ECG (V_o). Pressione autoto e ajuste as escalas horizontais e verticais conforme necessário. Você deve ser capaz de ver os picos R apesar do barulho no sinal.

2. Exibindo o sinal ECG usando o software de instrumentação

1. Nesta demonstração usamos o LabVIEW. Escreva um programa que exibe o sinal ECG usando uma interface gráfica para configurar medições e um gráfico de forma de onda. Uma vez selecionada uma entrada analógica, configure o programa com as seguintes configurações:

• Faixa de entrada de sinal >> Max = 0,5; Min = -0,5
• Configuração do terminal >> RSE
• Modo de aquisição >> contínuo
• Amostras para ler = 2000
• Taxa amostral = 1000

2. Adquira o sinal ECG e observe a forma de onda. Você verá um sinal semelhante à Figura 1.
3. Ajuste a escala do eixo x para mostrar o tempo em segundos.
4. Muitas vezes é necessário na instrumentação amplificar o sinal de interesse para uma amplitude específica. Crie um controle de ganho e defina-o para que a amplitude do ECG seja de 2 Vp.

3. Analisando o sinal ECG

Nesta seção, um sinal ECG será filtrado e analisado para determinar a frequência cardíaca. O diagrama do bloco a seguir mostra os componentes do programa.

1. Use um gráfico de forma de onda para exibir o sinal.
2. Avalie o espectro do sinal usando o subvi amplitude e espectro de fase (em processamento de sinal → Espectral) e exiba sua magnitude usando um gráfico de forma de onda. O eixo horizontal corresponde à frequência. É discreto porque o computador usa um algoritmo Fast Fourier Transform (FFT) para calcular o espectro do sinal. A frequência vai de k = 0 a k = (N-1)/2, onde N é o comprimento da sequência, neste caso 4000. Para calcular a frequência analógica correspondente, use a seguinte fórmula:
   
   onde fs é a frequência de amostragem. Note que a maior parte da energia do sinal está na faixa de baixa frequência e também que há um pico de alta intensidade na faixa de média frequência. Calcule a frequência desse pico usando a fórmula fornecida acima.
3. Implemente um filtro de baixa passagem usando funções butterworth de Chebyshev. Escolha uma frequência de corte igual a 100 Hz. Certifique-se de que o filtro fornece uma atenuação de pelo menos -60 dB/década na banda de parada.
4. Conecte o sinal de saída da leitura do subvi da planilha à entrada do filtro de baixa passagem.
5. Implemente um filtro de banda parada usando funções Butterworth ou Chebyshev. O objetivo é reduzir a interferência de 60 Hz sem modificar as outras frequências. Experimente frequências fronteiriças perto de 60 Hz.
6. Conecte a saída do filtro lowpass à entrada do filtro stopband.
7. Encontre os picos usando o subvi detector de pico (ele está localizado no processamento de sinal → Operação Sig). Para o limiar, olhe para a amplitude do sinal e escolha o valor mais adequado.
8. Extrair os locais dos picos usando o subvi de matriz de índice (em Programming → Array).
9. Subtrair a posição inferior da posição mais alta, então, multiplique pelo período amostral T = 1/fs para obter o intervalo de RR.
10. Calcule as unidades recíprocas e ajuste e coloque um indicador para exibir o BPM.