Proteção em ECGs

Prévia do material em texto

RESUMO OBJETIVO DO PROBLEMA: 
	O problema fala sobre circuitos de proteção, que são circuitos que previnem contra o uso de desfibriladores externos; protegendo tanto o paciente quanto o equipamento de possíveis queimas. Esses circuitos servem principalmente para ECGs pois os mesmos necessitam aguentar descargas de 5kV de desfibriladores e 6kV de ensaios de ESD. 
	Uma empresa que estava desenvolvendo um ECG portátil decidiu contratar uma consultoria para avaliar algumas partes do projeto. A primeira delas era que o sistema deveria usar um LED para indicar quando a bateria está descarregada; a segunda avaliação era de que o sistema deva conter um circuito de alimentação para o resto do ECG, fazendo com que a partir de uma bateria de 12V gere uma fonte simétrica de +6V e -6V; também foi pedido que fosse analisado os sistemas de proteção; além de o sistema de ECG deve contar com um sinal de calibração; e por fim o sinal de saída do circuito deve ser menor do que o de entrada, fazendo com que tenha um amplificador de ganho -5dB, no qual foi divido em dois amplificadores pela empresa com o ganho total de mesmo valor.
OBJETIVOS:
· Entender o circuito de proteção do ECG
· Conhecer a norma NBR IEC 60601-2-25
· Calcular os resistores
· Compreender os componentes de um sistema de proteção
· Compreender o teste de calibração do ECG
· Projetar uma fonte simétrica
TERMOS DESCONHECIDOS: 
· Norma NBR IEC 60601-2-25: É a norma usada para aplicar a segurança básica dos eletrocardiógrafos e garantir seu desempenho; ela é destinada a ser usada sozinha, ou como parte de um sistema, para a produção de relatórios de ECG com o objetivo de diagnósticos (ABNTCatálogos, 2020).
· Ensaio de ESD: é o acrônimo para Electrostatic Discharge, que tem como nome em português Ensaio de Imunidade à Descarga Eletrostática. Neste ensaio se procura avaliar fragilidade do equipamento quando exposto à descargas eletrostáticas, como por exemplo quando ocorre em ambientes com pouca umidade ou quando há contato humano, ou de outro objeto, à uma parte composta por metais.
A descarga é causada a partir de um acúmulo de cargas em um corpo que possui uma ddp maior do que outro. O contato com a parte metálica gera uma descarga elétrica que forma um arco elétrico entre ambas as partes e podendo causar danos a portas analógicas, displays LCD ou corromper dados. A Figura 1 demostra a forma de onda que a descarga eletrostática possui (ALVARES, 2017). 
Figura 1 – Forma de onda de uma descarga eletrostática.
Fonte: (ALVARES, 2017).
QUESTÕES:
1. Estime o tempo que o LED demora para acender se estivesse com potência nominal, utilizando a figura dois.
Hipótese: Segundo a figura 2, o tempo necessário para que o LED demorará para acender é de 60min. De acordo com a linha 0.4CA.
Validação da Hipótese: A hipótese está parcialmente correta. Apesar do grupo ter acertado a linha de 0,4 a dedução foi totalmente incorreta.
Resposta: Para Descobrir o tempo que levaria para uma bateria de 12,5V ir para 11V, se deve olhar para a Figura 2 do problema. Na figura é mostrado diversas linhas com alguns valores seguidos das letras “CA”, essas letras mostram a capacidade nominal da bateria (Ah) em 20h; portanto para saber o valor da corrente e quanto tempo irá levar para a bateria se acabar devemos multiplicar a capacidade nominal pelo valor que vem em cada linha. No caso da questão não é preciso achar o valor da corrente, pois de acordo com os valores dados de potência e tensão ela pode ser descoberta usando a fórmula abaixo:
 
Achando o valor da corrente agora só falta descobrir em qual linha ela se encaixa, como já é dado a capacidade da bateria (10 Ah) é apenas preciso fazer o caminho inverso, sendo ele:
 
Portanto a linha na qual devemos analisar é a linha que possui o valor de 0,4CA, pois ela é a que representa o tempo da bateria de 12V quando se é requisitado uma corrente de 4,17A. Agora olhando o valor de 11V no gráfico ele encosta na linha 0,4CA quando o tempo equivaler a mais ou 1H e 40 min, como pode ser demonstrado na Figura 2 abaixo (PEIXOTO, 2012).
Figura 2 - Linha que demonstra o tempo que leva para a bateria de 12,5V cair para 11V usando uma corrente de 4,17A.
Fonte: Autoria própria, usando dados do problema.
2. Calcule os valores dos resistores para que o ganho total seja - 5 dB, usando o circuito da figura 4. 
Hipótese: Utilizando a fórmula do amplificador não inversor, é possível encontrar os valores do resistor. 
Validação da Hipótese: A hipótese está parcialmente correta. Foi utilizada a fórmula do amplificador inversor, porém faltou citar sobre como achar o ganho dos resistores a partir de ganho total de -5dB, e também sobre a dedução de pelo menos duas resistências para achar o valor das outras.
Resposta: Para calcular os valores dos resistores deve-se primeiro passar o valor do ganho total de circuito, de -5dB, para V/V:
	
 
	
Para que o ganho total seja de 0,56V/V a multiplicação do ganho dos dois amplificadores tem que dar este valor, e como que para achar o valor dos resistores é preciso do valor do ganho, assume-se então que os dois amplificadores tenham um ganho igual; para achar esse valor basta tirar a raiz de 0,56 V/V, que é 0,75V/V.
Agora, para achar o valor dos resistores R1 e R2, vamos deduzir que o valor de R1 seja de 230kΩ, logo o valor de R2 será de:
 
 
	
Agora para descobrir o valor de R3 e R4, faz-se a mesma coisa, deduz-se que o valor de R3 seja de 130kΩ, logo o valor de R4 será de:
		 
		
 
3. Explicar a necessidade de um sinal de calibração e como especificá-lo (Se possível utilizar amplificadores operacionais).
Hipótese: É necessário o sinal de calibração para obter a medição correta da frequência cardíaca a ser medida pelo ECG e evitar possíveis erros. A especificação do sinal de calibração demanda maior conhecimentos a certa do circuito. 
Validação da Hipótese: A hipótese está parcialmente correta. Apesar de realmente a calibração ser muito importante para o exame faltou explicar a importância dos amplificadores e o porquê de precisar da calibração.
Resposta: O sinal de calibração é um sinal que deve ser fornecido para se obter a avaliação de rotina em todas as posições do seletor de derivação do eletrocardiógrafo. Este sinal é um pulso elétrico que pode ser de 0,01 a 1mV de amplitude retangular e 0,2s de duração, imprimindo no papel uma imagem retangular de 10 mm de altura e 5 mm de largura, a taxa de erro para a gravação deste sinal não pode passar de 5%. Em alguns casos de complexo QRS muito altos, ou muito baixos, pode acontecer de mudar a amplitude e/ou velocidade do papel; fazendo com que se varie a calibração (My EKG, 2021). 
	Quando as alterações em uma determinada derivação possuem valores muito altos, ultrapassando os limites do papel, diminui-se a referência padrão, fazendo com que cada 1 mV corresponda a 5 mm. Na prática a correlação 1 mV = 10 mm é a mais usada, logo ela é a referência normal (N); usa-se o símbolo N/ 2 quando a correlação for de 1 mV = 5 mm, ou 2N quando a 1mV = 20 mm de deslocamento na linha de base (GUIMARÃES, 2003). 
	Portanto para que não ocorra a variação de 5% o eletrocardiógrafo deve possuir meios para reduzir os efeitos das tensões externas não desejáveis por rejeição comum, e neste caso esse trabalho é feito pelo amplificador da perna direita que além de verificar se o equipamento possui tolerância à sobrecarga também verifica a eficiência nos filtros para eliminar ruídos indesejáveis (NUNES, 2012). 
4. Analise os dois sistemas de proteção (Explicar também cada componente).
Hipótese: Os dois sistemas de proteção protegem o paciente de possíveis descargas elétricas e queimaduras, bem como protege o aparelho contra possíveis danos. Também é função dele garantir que a fonte de alimentação dê energia estável de modo que não interfira nos resultados.
Validação da Hipótese: A hipótese está parcialmente correta, apenas faltou a explicação de cada componente.
Resposta: O circuito de proteção é principalmente voltado para a proteção do paciente, porém indiretamentesua vantagem também é a de proteger o componentes do ECG. No primeiro circuito os resistores Rprot1 e Rprot2 ajudam a limitar a corrente que vai circular para o ECG e também protegem o equipamento para se caso haja uma fuga de corrente; já os diodos zeners, as lâmpadas de neon e dos diodos antiparalelos tem o papel de limitar a tensão na entrada do amplificador de instrumentação que acaba sendo muito alta por conta dos resistores Rprot. 
O diodo zener é principalmente usado como regulador de tensão do circuito pois ele se permite trabalhar na zona de avalanche, algo que não ocorre nos diodos comuns; logo quando chegar uma tensão maior do que a tensão de avalanche, ou tensão zener, irá começar a conduzir não variando a tensão o que faz com que o circuito permaneça apenas com a tensão avalanche, que é especificada no datasheet. Já os diodos comuns cortam a tensão em nível de mV, pois o sinal de ECG é um sinal extremamente baixo.
5. Monte o circuito de alimentação do ECG.
Hipótese: Não há
Validação da Hipótese: Não possui hipótese para ser validada.
Resposta: Abaixo seguem 3 imagens (Figuras 3, 4 e 5) do circuito de alimentação do ECG com uma entrada de 12V e uma saída de 6V.
Figura 3 – Alimentação do ECG, com entrada 12V e saída 6V.
Fonte: Autoria própria.
Figura 4 – Alimentação do ECG, com entrada 12V e saída -6V.
Fonte: Autoria própria.
Figura 5 - Gráfico da tensão de saída +6V e -6V.
Fonte: Autoria própria.
MAPA CONCEITUAL: 
RESUMO CRÍTICO:
	O problema fala de um caso bastante importante principalmente porque se trata da segurança dos pacientes e do próprio equipamento junto. Além também de proporcionar novos assuntos que não foram abordados nas últimas semanas. Porém acredito que o tempo poderia ter se estendido por duas semanas para dar mais tempo de aprofundar os estudos nos amplificadores e suas funcionalidades.
	
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
ABNTCatálogos. ABNT NBR IEC 60601-2-25:2014. 2014. Disponível em: <https://www.abntcatalogo.com.br/norma.aspx?ID=326147>. Acessado em: 12/11/2021 10:11.
ALVARES, Manoel. G.. Desenvolvimento de Metodologia de Ensaios de Compatibilidade Eletromagnética para acessórios de Rede de uma Softstarter. Universidade Federal de Santa Catarina. Santa Catarina. 2017.
Guimarães, Jorge Ilha, Moffa, Paulo J. e Uchida, Augusto H. Normatização dos equipamentos e técnicas para a realização de exames de eletrocardiografia e eletrocardiografia de alta resolução. Arquivos Brasileiros de Cardiologia [online]. 2003, v. 80, n. 5 [Acessado 19 Agosto 2021] , pp. 572-578. Disponível em: <https://doi.org/10.1590/S0066-782X2003000500011>. Epub 30 Maio 2003. ISSN 1678-4170. 
NUNES, Miguel. R.. Validação de processos de ensaios de equipamentos eletromédicos destinados ao monitoramento, estimulação e cardioversão cardíaca segundo a série de normas técnicas ABNT NBR IEC 60601. José Moraes. 2012. 374p. Mestrado – Sistemas eletrônicos, opção Engenharia Biomédica. Departamento de Engenharia de Telecomunicações e Controle, Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. São Paulo. 2012. Disponível em: <https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3142/tde-13062013-122430/publico/Dissertacao_Revisada_Final.pdf>. Acessado em: 12/11/2021 10:11.
Papel do Eletrocardiograma. My EKG. 2021. Disponível em: <https://pt.my-ekg.com/generalidades-ecg/papel-ecg.html>. Acessado em: 12/11/2021 10:11. 
PEIXOTO, Rafael. L.. Monitoramento da descarga de bateria com o uso de microprocessador ARM. Luís Rolim. 2012. 70p. Graduação – Engenharia Elétrica. Departamento de Engenharia Elétrica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro. 2012. Disponível em: <http://repositorio.poli.ufrj.br/monografias/monopoli10005184.pdf>. Acessado em: 12/11/2021 10:11.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS: