Desenvolvimento de um dispositivo portátil de eletrocardiograma

Abstract

As doenças cardiovasculares continuam a liderar o ranking mundial de causas de morte. Este factor, associado àquilo que parece ser um aumento contínuo da população idosa e às limitações de infraestruturas de saúde capazes de dar resposta às suas necessidades, fazem do Ambient Assisted Living (AAL) uma solução cada vez mais válida. O recurso a soluções portáteis que permitem uma monitorização e diagnóstico mais rápido de diversos índices orgânicos, está na origem deste projeto, que tem como objetivo central a realização do hardware e firmware para um dispositivo portátil de eletrocardiograma (ECG). Esta tese detalha o desenvolvimento de um ECG portátil. O trabalho realizado incluiu a elaboração de esquemáticos e de uma Printed Circuit Board (PCB) integrando todos os componentes estudados e selecionados para incorporar o dispositivo. Recorreu-se, no projeto, a um circuito integrado da Texas Instruments, o ADS1192, que possui os conversores analógico-digitais (ADC) para as duas entradas diferenciais desenhadas que transportam o sinal analógico recolhido através de quatro elétrodos que compõem o sistema. A programação do circuito desenvolvido foi conseguida através da utilização de uma placa de desenvolvimento que contém um microcontrolador (MCU), o ATmega 128, para o qual foi desenvolvido todo o firmware que permite o correto funcionamento do ADS1192. Para o desenvolvimento do hardware estudaram-se fatores como: as dimensões finais do dispositivo; o consumo elétrico de todos os componentes a integrar o circuito; o recurso mínimo a filtros analógicos em detrimento de filtros digitais para o processamento de sinal. Foram elaborados testes ao sistema desenvolvido que possibilitaram a recolha e a análise do sinal de ECG proveniente dos dois canais, com o recurso a um simulador de sinais de eletrocardiograma, e foi desenvolvida uma interface em C# para construir um gráfico em tempo real do sinal recolhido. Por fim, são ainda discutidos formatos de armazenamento de dados de ECG, realizando-se, inclusive, uma conversão para o formato Standard Communications Protocol for Computer Assisted Electrocardiography (SCP-ECG) depois de se ter adicionado uma memória flash ao sistema.

Cardiovascular diseases are still leading the ranking of death causes worldwide. This fact, in association with what looks like a chronic increase in the elderly population and limited health infrastructures capable of answering their needs, make the Ambient Assisted Living (AAL) an increasingly valid solution. The use of portable solutions that allow constant monitoring and faster diagnosis are at the origin of this project, with the main objective of developing a portable electrocardiogram (ECG). This thesis deals with the entire development of this medical device. It includes the design of schematics and of a Printed Circuit Board (PCB) that includes the electrical components selected to incorporate the device disposed within a studied configuration. In this project, an integrated circuit from Texas Instruments was used, the ADS1192, which has already the analog to digital converters (ADCs) for two differential inputs designed to carry the ECG analog signals collected through four electrodes. The developed circuit was programmed using a development board containing a microcontroller (MCU), the ATmega 128, where the entire firmware was designed to enable the correct operation of ADS1192. During hardware development, several factors were studied, such as the dimensions of the device, the power consumption of all components of the integrated circuit and the minimum number of analog filters needed in the system, as we had the aim of replacing analog filters by digital filters at the signal processing level. Several tests were made to the system that enabled the collection and analysis of the ECG signals from the two channels with the use of an ECG signal simulator, and an interface developed in C# for building a real-time graphic of the acquired signal. Finally, storage formats for ECG data were discussed and, after the addition of a flash memory to the system, a conversion of the ECG data collected from the ADS1192 to the Standard Communications Protocol for Computer Assisted Electrocardiography (SCP-ECG) standard format was achieved.