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INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 1 
 
 
Instrumentação 
Médico-Hospitalar I 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 2 
Sumário 
CONCEITOS BÁSICOS E CLASSIFICAÇÃO DOS EQUIPAMENTOS 
BIOMÉDICOS 5 
CONCEITUAÇÃO E DEFINIÇÃO 5 
TERMINOLOGIA EM ENGENHARIA BIOMÉDICA - GERAL 5 
CONCEITUAÇÃO GERAL DE SISTEMAS E EQUIPAMENTOS BIOMÉDICOS 9 
CONCEITOS BÁSICOS DE BIOESTATÍSTICA E PARÂMETROS ESTATÍSTICOS. 10 
CRITÉRIOS DE PROJETOS DE EQUIPAMENTOS BIOMÉDICOS 16 
RESOLUÇÃO 17 
FAIXA 17 
SENSIBILIDADE .............................................................................................. 17 
LINEARIDADE ................................................................................................. 17 
EXATIDÃO OU ERRO ....................................................................................... 18 
HISTERESE 18 
PRECISÃO OU REPETIBILIDADE ........................................................................ 18 
RESPOSTA EM FREQUÊNCIA ............................................................................. 19 
RELAÇÃO SINAL/RUÍDO .................................................................................. 20 
ISOLAÇÃO 20 
DRIFT 20 
SENSORES E TRANSDUTORES BIOMÉDICOS 20 
ELETRODO 20 
ELETRODO DE BIOPOTENCIAL .......................................................................... 21 
BIOQUÍMICO PARA MEDIR PH .......................................................................... 22 
ELETRODO BIOQUÍMICO PARA MEDIR PO2 E PCO2 DO SANGUE ........................... 23 
ELETRODO PIEZOELÉTRICO 25 
ELETRODO DE TEMPERATURA 27 
TERMOPAR 27 
TERMISTORES ................................................................................................ 29 
PNEUMOTACÔMETRO 32 
FLEISCH 32 
TELA 33 
FIO QUENTE .................................................. 34 
TURBINA ................... .................................................................................... 35 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 3 
ULTRASSOM 35 
FOTOSSENSORES 36 
FOTOELÉTRICAS ............................................................................................. 37 
FOTORRESISTORES ......................................................................................... 38 
FOTODIODOS ................................................................................................. 38 
FOTOTRANSISTORES ....................................................................................... 39 
FOTOVOLTAICAS ............................................................................................ 39 
FUNDAMENTOS DE SISTEMAS AMPLIFICADORES E DE CONDICIONAMENTO 
DE SINAIS EM INSTRUMENTAÇÃO 40 
AMPLIFICADORES OPERACIONAIS 40 
AMPLIFICADOR OPERACIONAL IDEAL. ............................................................... 40 
RESPOSTA EM FREQUÊNCIA ............................................................................. 41 
ALGUMAS TOPOLOGIAS MAIS COMUNS USANDO AMPLIFICADOR OPERACIONAL ...... 41 
AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTAÇÃO ............................................................... 44 
SISTEMAS DE CONDICIONAMENTO DE SINAIS. 45 
CONVERSÃO ANALÓGICA-DIGITAL E DIGITAL-ANALÓGICA E NOCÕES DE 
ARQUITETURA MICROPROCESSADA. 47 
DISCRETIZAÇÃO DE SINAIS ANALÓGICOS – CONVERSAÇÃO ANALÓGICO-DIGITAL E 
DIGITAL-ANALÓGICO 47 
DISCRETIZAÇÃO DOS SINAIS - CONVERSÃO A/D E D/A.................................... 47 
NOÇÕES DE ARQUITETURAS MICROPROCESSADAS 49 
ARQUITETURA TÍPICA DE UM SISTEMA MICROPROCESSADO ................................ 49 
FUNDAMENTOS DE BIOFÍSICA 51 
A RADIAÇÃO E O ESPECTRO ELETROMAGNÉTICO. 51 
GERAÇÃO DE ONDAS ELETROMAGNÉTICAS. 52 
ESTRUTURAÇÃO DO ÁTOMO – CONCEITOS BÁSICOS 53 
DESATIVAÇÕES DO ÁTOMO, DO NÚCLEO, DA MOLÉCULA E POR INTERAÇÃO 54 
DO ÁTOMO 54 
DO NÚCLEO 54 
DA MOLÉCULA 55 
PRINCÍPIOS RADIAÇÕES IONIZANTES E NÃO IONIZANTES. 55 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 4 
O QUE É IONIZAÇÃO? ..................................................................................... 55 
TIPOS DE RADIAÇÃO...................................................................................... 55 
EQUIPAMENTO BIOMÉDICO CARDIOVASCULAR 57 
ELETROCARDIÓGRAFO 57 
O SINAL ECG ................................................................................................ 57 
DERIVAÇÕES ................................................................................................. 57 
EQUIPAMENTO BIOMÉDICO ELETROCARDIÓGRAFO .............................................. 58 
ESTEIRA ERGOMÉTRICA 62 
EQUIPAMENTO BIOMÉDICO CARDIOVASCULAR – CONTINUAÇÃO 64 
DESFIBRILADOR 64 
FLUXÔMETRO DOPPLER. 66 
EFEITO DOPPLER ............................................................................................ 67 
CONSIDERAÇÕES SOBRE O FLUXO SANGUÍNEO .................................................. 67 
DOPPLER DE ONDA CONTÍNUA NÃO DIRECIONAL ............................................... 68 
DOPPLER DE ONDA CONTÍNUA DIRECIONAL ...................................................... 70 
EBS CARDIOVASCULAR – CONTINUAÇÃO 73 
ECOCARDIÓGRAFO 73 
SISTEMAS PULSO-ECO ................................................................................... 73 
FUNCIONAMENTO ........................................................................................... 74 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 5 
Instrumentação Médico-Hospitalar I 
 
Conceitos Básicos e Classificação Dos Equipamentos Biomédicos 
Conceituação e Definição 
Inicialmente, é fundamental a definição do que se entende por equipamentos médicos, 
hospitalares e odontológicos,doravante denominados equipamentos biomédicos (EB). 
 
A área de EB é formada por indústrias de equipamentos, eletroeletrônicos ou mesmo 
daqueles que utilizam outra fonte de energia, inclusive energia potencial da gravidade, 
incluindo sensores e dispositivos de controle e sistemas de proteção (CGEE, 2007). 
Portanto, também podem ser incluídos nesta área de conhecimento os equipamentos 
e dispositivos utilizados no suporte a diagnósticos e procedimentos médicos, ainda que 
não tenham interação direta com os pacientes, como por exemplo: equipamentos de 
laboratórios clínicos; equipamentos aplicados nos processos de limpeza, desinfecção e 
esterilização; e mobiliário hospitalar, mesmo que estes não tenham fonte de energia. 
Os EB podem ser classificados quanto a: 
 
 Porte: pequeno (ex.: Doppler obstétrico); médio (ex.: respirador volumétrico) 
e grande (ex.: aparelho de raios-X). 
 Instalação: fixo (ex.: foco de teto); móvel (semiportátil, como bisturi elétrico, e 
portátil, como aparelho de pressão). 
 Emprego: diagnóstico (ex.: ECG); terapia (ex.: bisturis elétricos); apoio (ex.: 
centrífugas). 
 Princípio físico predominante: ópticos (ex.: microscópios); mecânicos (ex.: 
autoclaves); eletroeletrônicos (ex.: desfibrilador). 
 Procedência: nacional e importado. 
 Grau de risco. 
 
Terminologia em Engenharia Biomédica - Geral 
Os EB são considerados, segundo a Nomenclatura Comum do Mercosul (NCM), bens 
de capital, e parte significativa deles foi inicialmente concebida como produtos de 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 6 
tecnologia elétrica ou metalomecânica. Atualmente, quase todos os EB possuem 
controles e comandos eletrônicos ou têm saídas processadas por sistemas 
informatizados e ainda dispõem de, pelo menos, um módulo de eletrônica embarcada. 
Segundo a Associação Brasileira das Indústrias Médico, Odontológicos, Hospitalares e 
de Equipamentos de Laboratório [Abimo] - 2007), os subsetores para classificação dos 
EB são: 
 
 Laboratório – equipamentos e materiais para laboratórios de análises clínicas. 
Exs.: contadores de células; microscópios de laboratório; espectrofotômetros; 
agitadores; centrífugas; reagentes para diagnóstico; sistemas coletores; tubos 
de ensaio; recipientes em vidro; dentre outros. 
 Radiologia e Diagnóstico por Imagem– equipamentos para raios-X, 
processadores, filmes (diagnóstico) e de consumo. Exs.: aparelhos de raios-X 
móvel; arcos cirúrgicos; simuladores de radioterapia; protetores plumbíferos; 
filmes de raios-X para uso médico e odontológico; e outros. 
 Equipamentos Médico-hospitalares – equipamentos eletromédicos, mobiliários 
hospitalares, instrumentais cirúrgicos, equipamentos fisioterápicos, cozinhas e 
lavanderias hospitalares. Exs.: incubadora; aparelho de anestesia; monitor 
cardíaco; eletrocardiógrafo; tomografia computadorizada e por ressonância 
magnética; esterilizadores e outros. 
 Implantes – integram produtos implantáveis, destinados a usos ortopédicos, 
cardíacos, neurológicos e outros. Exs.: próteses articulares de quadril; 
implantes para coluna; buco-maxilares; parafusos; marca-passos; 
desfibriladores; válvulas; stents; cateteres. 
 Material de Consumo Médico-Hospitalar – materiais de consumo hipodérmicos 
(agulha, seringa, escalpe etc.), têxteis e outros. 
 Odontológico – equipamentos odontológicos (consultórios completos), 
materiais de consumo (resinas, amálgamas e outros) e de implantes 
odontológicos. 
 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 7 
O enquadramento da família à qual pertence determinado o equipamento é estipulado 
pelos regulamentos vigentes do país de destino e a finalidade de uso. O Quadro 1, 
Figura 1.1, apresenta as famílias de equipamentos (exceto os insumos) que integram 
o panorama setorial, classificados conforme o Sistema de Harmonização (SH6), 
utilizado por 65 países que respondem por 92% das importações mundiais. 
 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 8 
 
Figura 1. Quadro que exemplifica o sistema de classificação dos EB. 
 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 9 
Conceituação Geral de Sistemas e Equipamentos Biomédicos 
Os equipamentos utilizados em processos de medição e instrumentação usualmente 
têm uma arquitetura, em termos sistema, muito equivalente, ou seja, inicialmente o 
sensoriamento da grandeza física, em seguida o processamento do sinal e ao fim o 
registro. No caso do EB não é diferente, como pode ser observado mais 
detalhadamente no diagrama em blocos da Figura 1.2. Os blocos do diagrama são 
descritos se seguir. 
 
 
 
Figura 2. Diagrama em blocos da arquitetura de um sistema genérico de medição utilizado 
pelos EB. O transdutor converte a grandeza a ser medida em sinal elétrico e, 
em seguida, é transformada em informação compreensível pelo ser humano. 
As possibilidades das conexões variam em função da aplicabilidade. 
 
 Mensurando: grandeza específica submetida à medição. 
 Sensor/transdutor: dispositivos capazes de perceber/sentir a variação da 
grandeza física e transformá-la em sinal elétrico. 
 Estímulo: retorno de sinal ao mensurando, proveniente do sistema em medição, 
que pode interferir na variação do mensurando. 
 Processamento do sinal: compreende o subsistema de condicionamento do sinal 
(analógico), ou seja, tem a capacidade de pré-processar o sinal oriundo do 
sensor/transdutor, normalmente é composto por filtros e/ou amplificadores 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 10 
eletrônicos. E, em seguida, a digitalização do sinal analógico e o processamento 
digital visando à melhoria do sinal a ser analisado. 
 Display: dispositivo que faz parte do sistema de medição que tem capacidade 
de apresentar visualmente os resultados das medições. 
 Registro: parte do sistema de medição responsável pelo armazenamento dos 
sinais e das informações inerentes do procedimento executado. As informações 
devem ser ordenadamente armazenadas permitindo acessos posteriores ao 
procedimento. Os dispositivos podem ser memórias físicas externas ou mesmo 
virtuais. 
 Telemetria: os sistemas de medição estão cada vez mais integrados aos outros 
sistemas sejam locais ou remotos, via web. 
 
Conceitos Básicos de Bioestatística e Parâmetros Estatísticos 
A estatística é uma especialidade da matemática aplicada aos vários campos de 
conhecimento do homem. Cotidianamente lidamos com dados estatísticos associados 
à informação de uso rotineiro. Ouvimos dizer, por exemplo, que a inflação teve um 
aumento de 1,3%; o clube tal tem 87% de chance de ser o vencedor do Campeonato; 
que 230 em cada 1000 nascidos vivos morrerão antes de completarem 1 ano de idade. 
Apesar da familiaridade destas notícias não as associamos à estatística. 
 
A definição de M. R Spiegel, estudioso inglês autor de um conceituado livro sobre o 
assunto, é de que “a Estatística está interessada nos métodos científicos para coleta, 
organização, resumo, apresentação e análise de dados bem como na obtenção de 
conclusões válidas e na tomada de decisões razoavelmente baseadas em tais análises”. 
Verificamos, portanto que dados estatísticos, quando corretamente analisados 
(inferência estatística), são ferramentas importantes que permitem conhecer o 
comportamento pregresso de um determinado fenômeno, calcular seu desempenho 
futuro, planejar modificações etc.; enfim, permitem tomadas de decisões com 
probabilidade conhecida. 
 
 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 11 
A. População, Amostras e Dados 
A.1. População - é todo conjunto de indivíduos ou objetos que possuam pelo menos 
uma característica comum observável. Uma população pode tanto se referir ao 
indivíduo quanto a uma característica deste. O número de componentes não permite 
afirmar se um conjunto se constitui em uma população ou não. Se todos os indivíduos 
ou objetos que possuem a característica observável estão presentes pode-se afirmar 
que se tem uma população. 
 
A.2. Amostra- pequena parte, porém significativa, de uma população que, 
naturalmente, deve ter grandes proporções. Todos os componentes da amostra 
guardam as características da população que a originou. O tamanho da amostra em 
relação à população é determinado segundo regras específicas 
 
A.3. Dados - qualquer característica pode ser observada ou medida de algum modo. 
Se os dados forem qualitativos denominam-se atributos; caso sejam quantitativos 
serão variáveis (discretas ou continuas). 
 
B. Classificação dos Dados 
Para se realizar a análise estatística dos dados obtidos em uma amostra, é necessário 
organizá-los de modo que tenhamos o resumo legível e claro de toda a informação 
contida nestes dados. Normalmente a organização se resume no agrupamento dos 
dados em classes ou categorias. A seguir, observe algumas definições importantes 
inerentes ao processo e, posteriormente, no item “C”, um exemplo ilustrativo. 
 
B.1. Amplitude Amostral - é a diferença entre o valor numérico superior e o inferior 
da característica da amostra que está sendo estudada. 
 
B.2. Distribuição ou Tabela de Frequências - arranjo tabular dos dados por classes, 
juntamente com as frequências correspondentes. 
 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 12 
B.3. Frequência Relativa de uma Classe - número obtido a partir da divisão da 
frequência de uma classe pelo número total de dados da amostra (frequência Total). 
 
B.4. Frequência Acumulada de uma Classe - número obtido a partir da soma da 
frequência de uma classe às frequências das classes anteriores. Se dividirmos essa 
frequência pela frequência total da amostra obtemos a Frequência Acumulada 
Relativa. 
 
B.5. Intervalo de Classe - conjunto de números reais compreendidos entre os dois 
limites reais de uma classe. 
 
B.6. Amplitude do Intervalo - diferença entre o limite real superior e o limite real 
inferior de uma classe. 
 
C. Exemplo 
Os dados do quadro, da Figura 1.3, a seguir representam a quantidade de glicose, em 
miligramas por 100 mil, encontrada em uma amostra de sangue em um grupo de 50 
homens adultos normais. Pede-se agrupar os dados em intervalos de classe adequados 
de igual amplitude. 
 
 
 
Figura 3. Exemplo: quadro contendo amostra de dados para análise estatística. 
 
Amplitude Amostral = maior valor - menor valor= 121 - 68 = 53 mg/100 ml. 
Considerando-se o número de classes = 10, obtemos: Amplitude de Intervalo = 53/10 
= 5,3. Arredondando para número inteiro: Amplitude de Intervalo = 5. Considerando-
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 13 
se que o menor valor é 68, adotaremos 65 como o limite real inferior da 1a classe. O 
limite superior será: 65 + 12 x 5 = 125 mg/ml. 
 
Tabela com os dados agrupados. 
Glicose 
(mg/100 ml) 
Ponto 
médio 
Frequência Frequência 
Relativa 
(%) 
Frequência 
Acumulada 
Frequência 
Acumulada 
Relativa 
(%) 
 
65-70 67,5 2 4 2 4 
70-75 72,5 7 14 9 18 
75-80 77,5 3 6 12 24 
80-85 82,5 9 18 21 42 
85-90 87,5 9 18 30 60 
90-95 92,5 5 10 35 70 
95-100 97,5 1 2 36 72 
100-105 102,5 5 10 41 82 
105-110 107,5 2 4 43 86 
110-115 112,5 1 2 44 88 
115-120 117,5 4 8 48 96 
120-125 122,5 2 4 50 100 
Total 50 100 
 
D. Representações Gráficas 
D.1. Gráficos de Barras 
Método gráfico útil para representar os atributos. As barras têm a mesma largura e o 
mesmo espaçamento, e as suas respectivas alturas indicam as frequências ou 
percentagens de cada atributo (Figura 1.4). Exemplo: 
 
Figura 1.4. Distribuição em gráfico de barras segundo a quantidade de defeitos em 
diferentes EB. 
D.2. Gráfico Polar ou Circular 
Compreende um círculo dividido em setores cujas áreas são proporcionais à 
distribuição de frequências de um conjunto de dados qualitativos (Figura 1.5). 
Exemplo: 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 14 
 
Figura 4. Distribuição em gráfico polar segundo os tipos de defeitos em um determinado 
EB. 
 
D.3. Histograma 
Método mais comum para representação gráfica de dados amostrais contínuos. O 
histograma consiste de uma série de retângulos contíguos de mesma largura (mais 
comum) dispostos no eixo horizontal. Os retângulos ficam posicionados com o centro 
da base no ponto médio de cada classe. A área de cada retângulo é proporcional à 
frequência da respectiva classe (Figura 1.6). 
 
 
Figura 5. Distribuição em gráfico de histograma segundo as medidas de pH sanguíneo em 
amostras de sangue. 
 
E. Determinação de Parâmetros Estatísticos 
Em estatística deseja-se obter conclusões, ou melhor, quantificar características de 
amostras que por sua vez representam populações. Desse modo foram estabelecidos 
alguns parâmetros básicos (mais utilizados) para que se possa caracterizar uma 
amostra: média (x); mediana (Md); moda (Mo); variância (s2) e desvio-padrão (s). 
 
 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 15 
E.1. Média (x) 
Representa o melhor estimador de uma amostra. É calculada dividindo-se a soma dos 
valores da amostra pelo número total de dados da mesma amostra (veja exemplo do 
item E.5). 
 
E.2. Mediana (Md) 
É definida como valor central dos dados amostrais, caso a amplitude total da amostra 
seja ímpar, e caso seja par é definida como a média dos dois valores centrais (veja 
exemplo do item E.5). Para o caso em que os dados estão agrupados em uma tabela 
de frequências com diferentes classes deve-se calcular a classe mediana. 
 
E.3. Moda (Mo) 
Valor de maior frequência em uma amostra. 
 
E.4. Variância (s2) e Desvio-padrão (s) 
Parâmetro que quantifica o grau de dispersão dos dados de uma amostra em relação 
à média (x) da distribuição. 
 
Os parâmetros estatísticos mais utilizados para medir a dispersão dos dados são a 
variância (s2) e a sua raiz quadrada, o desvio-padrão (s). A variância e o desvio-padrão 
são definidos por: 
 
 
 
Onde: xi = valor de cada dado da amostra; 
n = tamanho da amostra; 
b = n de classes. 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 16 
Os valores de s e s2 são, por definição, não negativos, ou seja, podem assumir 
qualquer valor ≥ 0. Caso s e s2 sejam iguais a zero, significa que todos os dados da 
amostra têm o mesmo valor (veja exemplo do item E.5). 
 
E.5. Exemplo 
Considere a tabela de frequências abaixo e calcule a média, a moda e a variância. 
 
Xi fi fiXi fixi2 
6,1 1 6,1 37,21 
7,5 4 30,0 225,00 
8,3 8 66,4 551,12 
10,1 9 90,9 918,09 
11,2 6 67,2 752,64 
12,0 2 24,0 288,00 
Total 30 284,6 2.772,06 
 
 
 
 
Critérios de Projetos de Equipamentos Biomédicos 
Quando é analisado o desempenho de algum equipamento eletrônico, a análise é 
sempre referenciada a determinadas medidas características de instrumentos, que por 
sua vez são aceitas universalmente. Essas medidas são utilizadas para caracterizar os 
instrumentos de um modo geral, inclusive os transdutores, as quais ajudam na 
comparação de suas performances. As características mais comuns são: faixa, 
resolução, sensibilidade, histerese, erro, precisão e outras mais específicas. Essas 
unidades, denominadas de características de instrumentos, são fundamentais quando 
se deseja estabelecer uma comparação entre dois instrumentos similares. Desta 
forma, fica garantido que qualquer manual técnico de qualquer sistema eletrônico, 
mesmo de baixa complexidade, descreverá as características do sistema da mesma 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 17 
forma. Nem sempre todas as características a serem descritas são utilizadas em todos 
os instrumentos, entretanto, e certamente, qualquer instrumento será caracterizado 
por algumas dessas. A seguir, serão definidos cada um destes parâmetros. 
Resolução 
Define-se resolução como o menor incremento do sinal de entrada que pode ser 
percebido ou medido pelo instrumento. No caso de um multímetro digital a resolução 
seria uma unidade para mais ou para menos do último algarismo significativo (último 
dígito), pois variações menores que isso não são sensíveis ao instrumento. 
FaixaFaixa ou “range” representa todos os níveis de amplitude do sinal de entrada nos quais 
o equipamento opera. Um sistema que mede pressão, por exemplo, ao ser fabricado 
para operar na escala de -200 mmHg até +200 mmHg, esta é definida como a faixa 
de operação do equipamento. 
Sensibilidade 
A sensibilidade é a função de transferência do sistema de medição, ou seja, a relação 
entre o estímulo de entrada e o sinal de saída produzido pelo instrumento. Exemplos: 
Ohms/C para termopares; mV/mmHg para pressão. 
Linearidade 
A Figura 1.7 representa o procedimento de medição de um valor padrão que deveria 
variar linearmente de maneira conhecida; nesse caso resultaria em uma reta (de 
referência), entretanto, como sempre há algum erro, a curva obtida foge em alguns 
pontos da curva ideal (linha com curvas). A distância máxima observada entre uma 
medida feita pelo instrumento e o valor padrão, dividida pelo range e multiplicada por 
100%, nos fornece a linearidade. A medida é feita variando-se o valor padrão 
linearmente e traçando-se a curva medida. 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 18 
 
Figura 6. Definição de linearidade. 
Exatidão ou Erro 
É a diferença absoluta entre o valor real do padrão e o valor medido, pelo instrumento. 
Pode ser dada em percentagem ou em partes por milhão (ppm), quando esse valor é 
muito pequeno. É usual ser especificada a escala para qual é válida. No caso de erro 
relativo, é informado em porcentagens do fundo da escala. 
Histerese 
Quando um estímulo de entrada excita um instrumento e cresce até um determinado 
valor, o instrumento acusará certo valor. Entretanto, se o estímulo começar em um 
valor mais elevado e decrescer até o mesmo valor anterior, o instrumento poderá 
acusar um valor diferente daquele acusado antes; caracterizando a, neste caso, a 
histerese (Figura 1.8). Histereses podem ocorrer por diversas razões, como, por 
exemplo, atrito mecânico nos ponteiros de um instrumento de medida, resposta de 
frequência, inércia molecular etc. 
 
Figura 7. Laço de histerese. 
 
Precisão ou Repetibilidade 
É a capacidade do instrumento de medição de obter o mesmo valor em diversas 
medições sob as mesmas a condições. Pode ser dada pelo desvio-padrão das medidas 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 19 
efetuadas de um mesmo valor ou pelo maior erro esperado em qualquer medida. Por 
exemplo, em um lote de vários resistores de precisão 1%, a repetibilidade é o maior 
erro que o valor de qualquer resistor apresenta, que é, no máximo, 1% do valor 
indicado. 
Resposta em Frequência 
Define-se a resposta EM frequência como a faixa do espectro que determinado sistema 
pode operar dentro das especificações de projeto. O diagrama de Bode é usualmente 
utilizado para representar esta informação (Figura 1.9). Pela teoria de Bode, definimos 
a faixa de passagem, ou largura de faixa, como o intervalo de frequências em que, 
para uma determinada amplitude de entrada, a potência do menor sinal de saída é 
maior ou igual à metade da potência do maior sinal. Por consequência, a razão entre 
as amplitudes do menor sinal com o maior sinal é 0,707. Cada ponto no diagrama de 
Bode é calculado por: 
 
Para j = 1, 2, 3, ... , n 
Onde: dB(fj) é o valor da ordenada do diagrama de Bode na frequência fj; 
Ao é a amplitude do sinal de saída na frequência fj; 
Ai é a amplitude do sinal de entrada na frequência; 
j varia de 0 até n, sendo Fo a maior frequência de interesse. 
 
 
 
Figura 8. Exemplo de Diagrama de Bode demonstrando a resposta espectral de um 
equipamento. 
 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 20 
Relação Sinal/Ruído 
É a relação entre a potência de um sinal qualquer presente na saída de um instrumento 
e a potência do sinal de ruído com o sinal ausente na entrada. 
Isolação 
É a maior tensão que pode estar presente em um determinado circuito do instrumento 
ou transdutor sem que haja ruptura da junção dielétrica entre o determinado ponto e 
o potencial de terra do instrumento, provocando uma descarga elétrica para outros 
pontos. É uma informação particularmente importante quando se trata de segurança 
do usuário em aparelhos de medida de altas tensões ou em equipamentos médicos. 
Drift 
“Drift” representa, em um equipamento, a mudança de alguma variável com o passar 
do tempo. Essa variação pode ser por envelhecimento, ou por temperatura, por 
exemplo. A unidade de drift é geralmente uma derivada, ou seja, o drift é sempre 
dado com relação a uma outra grandeza. Portanto, um resistor, pode ter sua 
resistência variando de -5%/C, o que quer dizer que sua resistência desce de 5% de 
seu valor para cada grau centígrado de subida de temperatura. 
 
Sensores e Transdutores Biomédicos 
O dispositivo que realiza a conversão de uma forma de variável em outra é chamado 
de transdutor. O sensor, por sua vez, não efetua a conversão, ou seja, se o fenômeno 
físico é elétrico ele apenas perceberá e amplificará o fenômeno, fornecendo um sinal 
elétrico proporcional. Este tópico apresenta os principais transdutores utilizados na 
área biomédica, ou seja, aqueles que efetuam a conversão de todas as formas de 
variáveis fisiológicas em sinais elétricos. Os transdutores serão apresentados quanto 
ao método e ao princípio de funcionamento. 
Eletrodo 
Os eletrodos são apenas sensores. 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 21 
Eletrodo de Biopotencial 
Os eletrodos de biopotencial, doravante chamados apenas de eletrodos, têm a função 
de tornar mais eficiente as medições dos potenciais iônicos gerados no corpo humano 
(potenciais bioeletrônicos), convertendo-os em potenciais eletrônicos antes de serem 
medidos pelos métodos convencionais. 
 
O potencial gerado pelo eletrodo é resultado da diferença da difusão dos Íons da 
solução em direção ao metal, e para fora dele. O equilíbrio é produzido pela formação 
de camadas de cargas em cada lado da interface, sendo estas de polaridades opostas. 
 
 
Figura 9. Circuito equivalente de medição com dois eletrodos. 
 
Em virtude da impossibilidade de se obter o valor absoluto dos potenciais dos 
eletrodos, estabeleceu-se internacionalmente que o eletrodo de hidrogênio passaria a 
ser referência, ou seja, teria um potencial de eletrodo de “0 Volts”. 
 
Apesar de existir uma grande variedade de eletrodos de biopotencial, neste item são 
descritos apenas os eletrodos superficiais e/ou de pele, que são utilizados em ECG, 
EEG, EMG. 
 
É apresentado, na Figura 2.1, o circuito equivalente de um eletrodo e o modelo 
eletrônico de como se processa a medição dos biopotenciais com dois eletrodos 
equivalentes. 
 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 22 
A escolha dos materiais que recobrem os eletrodos deve ser cuidadosa, pois deve-se 
priorizar a estabilidade. Foi descoberto que o “eletrodo de prata-cloreto de prata” é 
muito estável. 
 
A impedância dos eletrodos, além de dependente da frequência, é extremamente 
dependente de suas dimensões. Os eletrodos de superfície, por exemplo, que são 
relativamente grandes, possuem impedância em torno de 2 a 10 kΩ, que são valores 
relativamente baixos. O importante é que a impedância de entrada dos circuitos 
amplificadores associados aos eletrodos seja várias vezes superior para que se possa 
obter bons resultados. 
 
Para se tornar mais eficiente o processo, é necessário que se coloque uma pasta ou 
gel (solução eletrolítica) entre o eletrodo e a pele. Na Figura 2.2 é apresentado o 
diagrama do eletrodo, denominado “floating electrode”, utilizado para extrair ECG. 
 
 
Figura 10 Diagrama de um eletrodo de superfície tipo "floating" (ECG). 
 
É importante salientar que a única diferença entre o eletrodo para ECG apresentado 
na Figura 10 e aquele utilizado para EEG é o diâmetro, que no caso do EEG será menor, 
ou seja, em torno de 7 mm. 
 
Eletrodo Bioquímico para Medir pH 
O pH sanguíneo é um indicador muito importante para que se possa obter ainformação sobre o balanço químico do corpo humano. O pH normal do sangue arterial 
fica entre 7,38 e 7,42, enquanto o pH do sangue venoso é 7,35. O pH sanguíneo é 
diretamente relacionado com a concentração de íons de hidrogênio: 
 
 eq. (2.1) 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 23 
 
A Figura 2.3 apresenta um eletrodo que possui uma fina camada de vidro que permite 
somente a passagem de íons de hidrogênio na forma de H³O+. É importante observar 
que cada um dos eletrodos é responsável pela medição de metade do potencial total 
(half-cell potential). O eletrodo de referência (Ag/AgCl) deve ficar em contato com a 
solução na qual o pH está sendo medido. Por outro lado, o eletrodo ativo (indicador - 
Ag/AgCl) deverá ficar inserido na solução altamente ácida presente no bulbo. 
 
Esse tipo de eletrodo (vidro) é muito eficiente apenas para medir situações em que o 
pH fique em torno de 7. Esses eletrodos estão sujeitos à deterioração após prolongado 
uso, porém podem ser restaurados repetidamente, bastando deixá-los em um copo 
com água forte, formando uma solução de bifluoreto de amônia a 20%. A impedância 
desses eletrodos fica na faixa de 50 a 500 M. 
 
Figura 11. Eletrodo para medir pH contendo o eletrodo de referência e o eletrodo ativo 
para indicação do pH relativo. 
 
 
Eletrodo Bioquímico para Medir PO² e PCO² do Sangue 
Da mesma forma que o pH, as “pressões parciais de oxigênio (PO2) e dióxido de 
carbono (PCO2)” são importantes indicadores da eficiência dos sistemas cardiovascular 
e respiratório do corpo humano. Convém lembrar que a pressão parcial de um gás no 
sangue é proporcional à quantidade desse gás nesse mesmo fluido. 
 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 24 
 
 
Figura 12. Diagrama do eletrodo PO2 com catodo de platina, mostrando o princípio de 
operação. 
 
A Figura 12 apresenta o princípio básico de medição da PO². Um fio de metal nobre, 
no caso a platina, é embebido em vidro para isolamento. Apenas a ponta deste fio fica 
em contato com a solução eletrolítica na qual está o O² difundido. Quando é aplicada 
uma voltagem de 0,7 V entre o eletrodo de referência (+) e o fio de platina (-) ocorre 
uma corrente de oxirredução proporcional à pressão parcial de oxigênio difundido. 
Normalmente a solução eletrolítica fica dentro de uma cuba de chumbo, permitindo, 
assim, somente a passagem de moléculas de O² através da respectiva membrana 
permeável. 
 
Com o passar do tempo, nesses eletrodos de PO² há uma redução da corrente pelo 
efeito de polarização, o que pode causar um erro no processo de medição. 
 
Figura 13. Combinação do eletrodo de PO2 e PCO2. 
 
O logaritmo da PCO² possui uma estreita e linear correlação com o pH da solução; 
assim, o processo de medição da PCO² é essencialmente associado ao eletrodo de pH, 
que normalmente fica coberto por uma membrana permeável (Teflon) seletiva a CO. 
A Figura 13 ilustra uma possível arquitetura de combinação dos dois sensores em único 
transdutor. 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 25 
Eletrodo Piezoelétrico 
Quando determinados materiais não condutivos, como cristais e cerâmicas, são 
submetidos a um pressão mecânica em uma determinada direção, eles se tornam 
eletricamente polarizados e, consequentemente, uma voltagem elétrica, Vp, pode ser 
medida nos extremos do material (Figura 14). 
 
Figura 14. Princípio do transdutor piezoelétrico. 
 
Esse processo é denominado “efeito piezoelétrico” e é perfeitamente reversível, ou 
seja, se for aplicada uma voltagem nos extremos do material, este, por sua vez, sofrerá 
automaticamente uma deformação proporcional. 
 
O princípio piezoelétrico é usualmente utilizado em microfones para captar sons ou 
sinais acústicos provenientes do interior do corpo humano, porém a mais importante 
aplicação desses transdutores em instrumentação biomédica é, sem dúvida, em 
equipamentos ultrassônicos. Nesses casos o transdutor é utilizado tanto como 
transmissor como receptor de ondas mecânicas. 
 
Em aplicações médicas raramente a frequência do ultrassom ultrapassa 15 MHz, e os 
materiais piezoelétricos mais indicados e/ou utilizados são: cerâmicas piezoelétricas, 
como titanato de bário e zircanato titanato de chumbo, e os cristais de quartzo por 
apresentarem boas propriedades mecânicas. 
 
 
 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 26 
Figura 15. Transdutor piezoelétrico do equipamento Doppler CW. 
 
 
 
Figura 16. Circuito modelo do transdutor piezoelétrico que inclui os efeitos da ressonância 
mecânica em altas frequências: (a) circuito modelo; (b) resposta em 
frequência. 
 
Um dos principais EB que utiliza esse princípio é o fluxômetro Doppler CW (onda 
contínua), que tem como função quantificar/medir a velocidade do sangue nos 
principais vasos do corpo. O transdutor do equipamento Doppler CW normalmente 
utiliza dois elementos piezoelétricos dentro do mesmo “invólucro” (devidamente 
isolados elétrica e mecanicamente) (Figura 15): um transmissor e outro receptor. 
 
Para que se consiga a máxima eficiência ou a diminuição das perdas de um sistema 
transdutor, é necessário que se proceda ao casamento de impedância entre a 
superfície irradiadora do transdutor e a carga. Para o caso dos tecidos humanos, que 
possuem uma carga equivalente à água, o material escolhido para efetuar o casamento 
de impedâncias é a “resina epóxi” misturado com alumínio pulverizado. Ainda 
objetivando a redução das perdas, como podemos observar na Figura 15, 
normalmente se coloca gel entre o transdutor e a pele para ocupar os possíveis 
espaços de ar. 
 
A frequência na qual o material piezoelétrico oscila com a máxima amplitude em suas 
faces é denominada “frequência de ressonância fundamental”. A Figura 16 apresenta 
o circuito equivalente e a resposta em frequência do transdutor piezoelétrico. 
 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 27 
Eletrodo de Temperatura 
 
Termopar 
Se colocarmos dois metais diferentes em contato elétrico surgirá uma diferença de 
potencial entre eles que será função da temperatura. Esse fenômeno, denominado 
efeito termoelétrico, é utilizado para medir temperaturas em um espectro bem amplo. 
A junção é feita soldando-se dois fios de metal diferentes por suas pontas, sem utilizar 
na solda nenhum outro material que não seja os dois metais. 
 
Tendo por objetivo a implementação de um método eficiente de medição de 
temperaturas, pesquisadores buscaram diferentes tipos de metais e ligas de forma a 
obter linearidade, exatidão, grandes coeficientes de temperatura e repetibilidade. 
Mediante este fato, descobriram junções que possuíam um largo espectro que vão 
desde alguns Kelvins (cerca de -270 C) até 2.500 C e uma razoável resolução de 0,5 
C a 2 C com coeficiente de temperatura de 5 a 50 µV/K. 
 
Obviamente, dependendo dos metais da junção são obtidas características diferentes 
que por sua vez determinam a aplicação da junção. Normalmente os fabricantes 
fornecem tabelas que mostram as tensões dos termopares para cada grau centígrado 
dentro do range/faixa de temperatura do sensor. 
As curvas dos principais termopares com relação à temperatura de trabalho, em geral, 
são bem lineares em todos os espectros de funcionamento dos termopares, facilitando 
o processamento das tensões de saída por simples milivoltímetros digitais ou 
analógicos. 
 
 
Figura 17. Circuito termopar. 
 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 28 
Conhecendo-se a curva ou a tabela equivalente do termopar torna-se bem fácil a 
medição da temperatura, bastando para tal, medir a tensão do termopar e em seguida 
procurar na tabela a temperatura respectiva. 
 
Se houver o interesse de apresentar a temperatura em um display de LED ou LCD ou 
mesmo em um sistema analógico deve-se amplificar o sinal antes de enviá-lo para o 
display. A amplificação deverá ser feita de tal maneira que a tensão de salda do 
amplificador seja de mesmo valor absolutoda temperatura respectiva, pois assim a 
leitura será direta eliminando-se a necessidade de tabelas. 
 
A Figura 17 apresenta um circuito de termopar com dois tipos diferentes de metais, A 
e B, em duas distintas temperaturas, T1 e T2. A tensão entre os terminais c e d é 
função da diferença entre as temperaturas das duas junções e das propriedades dos 
dois metais. 
 
Na prática, uma das junções é mantida a uma temperatura constante e conhecida 
como referência, para que se possa determinar a temperatura desejada e 
desconhecida da outra junção. Para alcançar esse objetivo, foi idealizada a topologia 
apresentada na Figura 18, em que são utilizadas duas junções que são conhecidas 
como “junção quente” e “junção fria”. A junção quente é colocada no meio cuja 
temperatura deseja-se medir. A junção fria ficará numa temperatura conhecida e vai 
propiciar Junções iguais com tensões opostas nos terminais de cobre dos sistemas de 
aquisição. É usual colocar a junção fria numa caixa com gelo mantida a zero grau 
Sendo assim, somente a junção quente será levada em conta, já que a tensão da 
junção fria será zero Volt. 
 
 
Figura 18. Montagem utilizada para eliminar variações de tensão das junções adicionais. 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 29 
Nos casos em que a temperatura da junção fria não é zero grau, o procedimento seria 
verificar no gráfico qual seria a respectiva tensão para a Junção fria e subtrair esta da 
tensão proveniente da junção quente Essa subtração pode ser feita matemática ou 
eletronicamente. 
 
Nestes tipos de circuitos é aconselhável que o medidor, seja digital ou analógico, tenha 
impedância de entrada maior que 10 kΩ e um bom CMRR a 60 Hz. 
 
Termistores 
Os transdutores de temperatura mais utilizados em equipamentos comerciais e 
científicos são os termistores cujo princípio de funcionamento tem como base a 
variação de resistência de condutores elétricos com a temperatura. Qualquer material 
condutor apresenta sua resistência em função de suas dimensões físicas, porém 
algumas vezes pode-se equacionar a variação da resistência de um material em função 
da temperatura pela equação (2.2): 
 
 eq. (2.2) 
 
onde: T = T - T0. 
R0 = resistência à potência zero (veja adiante) medida a temperatura T0. 
1 e 2 = constantes conhecidas como coeficientes de temperatura (TC) 
que podem ser positivas (PTC) ou negativas (NTC). 
Aproveitando esta propriedade dos resistores surgiram os termistores, que são 
dispositivos cuja resistência é variável com a temperatura do material, seja essa 
variação devida a uma causa externa ou interna (efeito Joule), os termistores são, em 
sua grande maioria, do tipo NTC. Na Figura 2.11 são apresentadas diversas curvas 
típicas de termistores NTC. 
 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 30 
 
 
Figura 19. Típicas curvas de diferentes termistores NTC normalizados pelos valores da 
resistência de potência-zero. 
Perceba que a equação que rege as diferentes curvas apresentadas na Figura 19 tem 
a seguinte forma: 
 
R(T) =A eB/T eq. (2.3) 
 
Onde A e B são constantes que dependem do material e do método de fabricação do 
termistor. 
 
Características dos Termistores 
I. Resistência à Potência Zero (R0) - resistência do termistor quando uma potência 
desprezível é nele aplicada a uma temperatura de especifica (normalmente 25 ºC) 
 
II. Coeficiente de Temperatura (α) - pode ser definido por: 
α= -B /T2 eq. (2.4) 
Percebe-se que α é dependente da temperatura, ou seja, varia de ponto para ponto 
nas curvas da figura. De modo geral, α varia desde -2%/C a cerca de -5%/C para 
termistores comerciais. 
 
III. Temperatura Máxima de Operação - temperatura máxima que o termistor garante 
suas especificações. 
 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 31 
IV. Constante de Dissipação Térmica - razão entre a variação de potência dissipada 
por variação de temperatura do corpo do termistor. 
 
V. Constante de Tempo Térmica - é o tempo necessário para que o termistor modifique 
em 63,2% a diferença entre suas temperaturas de corpo inicial e final quando sujeito 
a um degrau de temperatura, caracterizando o “tempo de resposta do termistor”. 
 
A. Composição 
Os termistores são fabricados a partir de uma mistura de óxidos metálicos (manganês, 
cobre, níquel, titânio, cobalto, lítio ou ferro) sintetizados sob alta pressão e altas 
temperaturas. 
 
B. Aplicações e Circuitos com Termistores 
Há uma grande diversidade de circuitos nos quais os termistores podem ser utilizados 
com grande vantagem. A seguir são exemplificadas algumas aplicações mais comuns 
e seus respectivos circuitos. 
 
I. Medida de Temperatura - o circuito apresentado na Figura 2.12(a) apresenta uma 
topologia de circuito de baixa complexidade, porém de baixa precisão. Para medições 
mais precisas, podem-se utilizar dois termistores colocados em braços opostos da 
Ponte de Wheatstone onde a variação de temperatura atua simultaneamente nos dois 
termistores. Esse procedimento multiplica por dois a sensibilidade do sistema A Figura 
20(b) apresenta esse circuito com um amplificador operacional que amplifica o modo 
não comum (veja o item 3) do sinal proveniente dos termistores. 
 
(a) (b) 
Figura 20. Circuitos típicos com termistor para medição de temperatura. 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 32 
 
II. Controle de Relé - a Figura 21 mostra um circuito simples que pode ser utilizado 
para controlar um relé a partir de um termistor. O relé poderá, por exemplo, controlar 
um resistor de aquecimento de água numa cuba onde algum tipo de processo deverá 
ter sua temperatura constante. O termistor é colocado dentro do líquido e controla a 
corrente que abre ou fecha o relé, de acordo com o ajuste efetuado através do 
potenciômetro. 
 
Figura 21. Circuito para controle simples de relé com termistor. 
 
Pneumotacômetro 
Dispositivo utilizado para medição de fluxo aéreo respiratório. Existem vários tipos de 
pneumotacômetros (Pt), ou pneumotacógrafos como também são conhecidos, 
descritos a seguir. 
 
Fleisch 
Consiste de um grupo de tubos capilares que formam uma colmeia, que oferece uma 
pequena resistência a passagem do ar. Obedece a lei de Poiseulle para fluxos 
laminares. 
 Onde: ∆P = pressão diferencial; µ = viscosidade do gás; l = 
comprimento do capilar; V = vazão; r = raio do 
capilar. 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 33 
 
Figura 22. Diagrama do Pt tipo Fleisch acoplado ao transdutor de pressão. 
 
Devem ser utilizados com temperatura e viscosidade do gás nas mesmas condições da 
calibração, e os fluxos devem ser laminares. Se essas condições não forem satisfeitas, 
será altamente impreciso. Geralmente estão acoplados a um transdutor de 
pressão/tensão (Figura 22) que converte a pressão diferencial gerada pelo Pt em 
tensão elétrica. 
 
Tela 
Uma fina tela oferece resistência à passagem do fluxo, gerando, com isso, uma 
pressão, do mesmo modo que no Pt tipo Fleisch (Figura 23). 
 
Devem-se evitar fluxos que possuam partículas devido ao entupimento e também 
deve-se evitar fluxos turbulentos. Devem ser limpos e recalibrados com frequência 
para manterem a exatidão. Também são acoplados a transdutores de pressão/tensão. 
 
Suas vantagens em relação ao Pt tipo Fleisch são: menor tamanho, maior resposta em 
frequência e menor custo, podendo ser descartável. 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 34 
 
 
Figura 23. Pneumotacógrafos tipo tela. (a) metálico e bidirecional; (b) unidirecional e 
descartável. 
 
Fio quente 
Ar em movimento tende a esfriar objetos. Esse é o princípio de funcionamento deste 
tipo de transdutor de fluxo, ou seja, coloca-se um fino fio de platina no centro de um 
tubo, aquece-se esse fio através de um circuito eletrônico que tende a manter a 
temperatura constante. Ao se passar um fluxo de ar pelo tubo, o fio aquecidotenderá 
a esfriar, porém o circuito eletrônico compensará esse esfriamento com o aumento da 
corrente que será proporcional ao fluxo de ar. 
 
Vantagens: alta sensibilidade a fluxos baixos; baixo custo, pois é necessário o uso do 
transdutor de pressão. 
 
Desvantagens: fragilidade, pois a limpeza se torna necessária, ocasionando 
frequentemente o rompimento do fio; não linear, necessitando de um circuito 
linearizador (Figura 24). 
 
 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 35 
Figura 24. Diagrama do Pt tipo turbina. O pulso é gerado quando a turbina interrompe o 
feixe luminoso. 
 
Turbina 
Um fluxo de ar é capaz de movimentar a hélice de uma turbina. O número de voltas 
desta hélice é proporcional ao valor do fluxo de ar. Esse é o princípio de funcionamento 
deste tipo de Pt. Na prática, essa hélice é feita de material bem leve para reduzir a 
inércia e o número de voltas pode ser medido por uma fonte de luz e uma célula 
fotoelétrica (Figura 2.17). 
 
Vantagens: podem ser usados com fluxos turbulentos, tais como composição gasosa, 
vapor d’água e temperatura diferentes da calibração, custo relativamente baixo se o 
contador for acoplado a um microcomputador. 
 
Desvantagens: baixa resposta em frequência pela inércia da turbina. 
 
 
 
Figura 2.17. Diagrama do Pt ultrassônico. O fluxo de ar cria pequenos redemoinhos. 
(turbilhamento) contados quando interrompem as ondas mecânicas. 
 
Ultrassom 
Esse tipo de transdutor tem o princípio de funcionamento o seguinte: quando um fluxo 
de ar movimentando-se suavemente dentro de um tubo e encontra uma obstrução, 
torna-se turbulento. Se o fluxo de ar movimenta-se mais rapidamente, aumenta a 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 36 
turbulência. Um redemoinho único de turbulência pode ser detectado por pulsos de 
onda mecânica (ultrassom) (Figura 2.18). 
 
Vantagens: não entope facilmente com secreção ou umidade; pode ser de tamanho 
reduzido. 
 
Desvantagens: deve ser usado para baixos fluxos, pois com fluxos altos pode provocar 
tanta turbulência que não será possível medir individualmente cada redemoinho. 
 
 
 
Figura 2.18. Diagrama do Pt ultrassônico. O fluxo de ar cria pequenos redemoinhos 
(turbilhamento) contados quando interrompem as ondas mecânicas. 
 
Fotossensores 
Apesar do vasto campo da optoeletrônica, este item irá restringir-se ao estudo dos 
três diferentes tipos de células fotossensíveis: fotoelétricas, fotocondutivas e 
fotovoltaicas (Figura 2.18). 
 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 37 
 
 
Figura 2.18. Classificação dos fotossensores. 
Os dispositivos fotossensíveis apresentam três importantes características: 
 Resposta Espectral - o seu comportamento varia de acordo com as diferentes 
frequências das energias radiantes. 
 Sensibilidade - variação da corrente do dispositivo em função do iluminamento 
(normalmente expresso em µA/lux). 
 Resposta em Frequência - à medida que aumenta a frequência do feixe 
incidente, a sensibilidade do dispositivo vai diminuindo chegando a -3 dB do 
patamar inicial, ou seja, alcançando a frequência de corte do fotossensor. 
 
Fotoelétricas 
O funcionamento dessas células baseia-se no fenômeno de emissão fotelétrica, isto é, 
na emissão de elétrons de uma superfície de um material metálico quando este é 
exposto a um fluxo luminoso. O princípio físico é expresso pela equação (2.5). 
 
E= h.f eq. (2.5) 
Onde: E = energia de um fóton; h = constante de Planck (6,6256 x 10-34 Joule . 
segundo); e, f = frequência da luz utilizada. 
 
Quando um fóton incide em uma superfície metálica choca-se com os elétrons dos 
átomos do material. Caso sua energia seja suficiente para retirar o elétron do átomo 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 38 
do qual fazia parte, este poderá ser projetado para o espaço com certa velocidade 
inicial. 
 
Fotoresistores 
Normalmente constituídos simplesmente por material semicondutor: a partir da 
incidência de um feixe luminoso sobre sua superfície há uma redução da resistividade 
do material. Os materiais mais utilizados para sua construção são o sulfeto de cádmio 
e o sulfeto de chumbo. Os fotorresistores geralmente são conhecidos por LDR, ou seja, 
light dependent resistor. 
Fotodiodos 
Os fotodiodos são análogos aos diodos de junção quando polarizados inversamente. 
Quando um feixe luminoso incide na região de transição, são quebradas ligações 
covalentes, provocando a variação da corrente de saturação, que consequentemente 
atua no circuito associado ao fotodiodo. 
 
Normalmente os fabricantes fornecem curvas que relacionam a variação da corrente 
de saturação com a tensão inversa aplicada ao diodo, tendo como parâmetro o fluxo 
luminoso que incide sobre a junção geralmente expresso em lux 
(1 lux = 10 lumens/m2). A Figura 2.19 apresenta o gráfico de um fotodiodo típico. É 
importante ressaltar a necessidade da especificação da temperatura na qual foi 
extraído o gráfico em questão. 
 
 
Figura 2.19. Curva característica de um fotodiodo típico. 
 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 39 
Fototransistores 
São dispositivos semicondutores com duas Junções, que permitem a passagem de luz 
sobre a junção base-emissor. Quanto maior a incidência de luz no diodo base-emissor, 
maior a condutividade do transistor e consequentemente haverá um aumento da 
corrente de coletor. As curvas são semelhantes às fornecidas em transistores comuns, 
porém o parâmetro é o iluminamento (Figura 2.20). 
 
 
Figura 2.20. Curva característica de um fototransistor tipo NPN. 
 
Fotovoltaicas 
Tais células produzem uma tensão elétrica quando submetidas a um fluxo luminoso. 
Essa situação se verifica quando o diodo fica polarizado diretamente, forçando uma 
corrente interna igual a zero. Observe também que nas células voltaicas quando a 
tensão no diodo é nula temos a presença de corrente interna proporcional à 
intensidade do feixe luminoso como apresentado na Figura 2.19. 
 
 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 40 
Fundamentos de Sistemas Amplificadores e de Condicionamento de Sinais 
em Instrumentação 
Os sistemas de medição de utilizados em engenharia biomédica usualmente aplicam 
subsistemas denominados “sistemas de condicionamento de sinais”, os quais são 
formados basicamente por circuitos amplificadores associados a filtros. A aplicação 
desses circuitos garante uma melhor qualidade do sinal a ser tratado posteriormente, 
pois são retirados ou minimizados os ruídos indesejados em relação ao sinal que de 
fato trás a informação desejada. A seguir são as descritos os conceitos básicos desses 
amplificadores e algumas topologias básicas dos circuitos mais conhecidos e utilizados. 
Amplificadores Operacionais 
Amplificador Operacional Ideal 
Um dos principais objetivos da abordagem tecnológica na área de saúde é, sem dúvida, 
a monitorização e/ou obtenção de sinais oriundos do próprio corpo humano, que, 
nesse caso, torna-se uma fonte geradora de sinais. Infelizmente, a maioria desses 
sinais provenientes dos processos fisiológicos internos ao corpo, são de pouca 
intensidade e muito ruído. Assim, tornou-se obrigatório o desenvolvimento de sistemas 
amplificadores que pudessem traduzir esses sinais em “algo” que pudesse ser, 
posteriormente, analisado (Figura 3.1). 
 
Neste tópico tentamos transmitir ao leitor o conhecimento necessário para que possa 
compreender o funcionamento destes sistemas amplificadores, que em tópicos 
posteriores (EQUIPAMENTOS) serão novamente abordados. 
A. Simbologia 
 V1 (entrada invertida) 
 
V2 (entrada não invertida) Vo (saída) 
 
 
 
Figura 3.1. Simbologia de um amplificador operacional ideal apresentando alguns dos 
possíveis terminais encontrados em diferentes tipos. 
 
 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 41 
B . Parâmetros 
1. Ganho de tensão diferencial = infinito 
2. Ganho de modo-comum = 0 
3. Largura de banda = infinito 
4. Impedância de entrada= infinito 
5. Vo = 0 Volts quando a tensão de entrada = 0 Volts 
6. Desvio dos parâmetros com a temperatura = 0 
7. Ruído inerente à entrada= 0 
 
Resposta em Frequência 
A partir da Figura 3.2 verificamos o comportamento do amplificador operacional (Amp 
Op) no domínio da frequência. Quando configurado em malha aberta, possui um alto 
ganho, porém sua resposta em frequência é bem limitada. Por outro lado, quando 
configuramos em malha fechada, amplificador inversor, por exemplo (Figura 3.2), há 
uma expressiva redução no ganho e um consequente aumento na banda passante. 
 
 
Figura 3.2. Resposta em frequência do amplificador operacional. 
 
Algumas Topologias mais comuns Usando Amplificador Operacional 
a. Buffer: Configuração não inversora de ganho unitário (Figura 3.3). 
 
 
Figura 3.3. Circuito buffer. 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 42 
b. Inversor: Configuração inversora de ganho controlado pelo razão dos resistores 
(Figura 3.4). 
 
 
Figura 3.3. Circuito do amplificador inversor. 
 
c. Não Inversor: Configuração não inversora de ganho controlado pelo razão dos 
resistores. 
 
 
Figura 3.4. Circuito do amplificador não inversor. 
 
d. Diferencial: Configuração amplificadora de sinal não referenciados ao terra. 
Ganho controlado pelo razão dos resistores (Figura 3.6). 
 
 
 
Figura 3.5. Circuito do amplificador diferencial. 
 
e. Somador: Configuração inversora que soma diferentes entradas de sinais com 
pesos proporcionais aos resistores de entrada. Ganho controlado pelo razão dos 
resistores (Figura 3.7). 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 43 
 
Figura 3.6. Circuito do Amplificador somador inversor. 
 
f. Filtro Passa-Baixa: Configuração que prioriza a eliminação de frequências 
indesejáveis mais altas. Ganho e frequência de corte são controlados pelos valores 
dos resistores e capacitores (Figura 3.8). 
 
 
 
Figura 3.7. Exemplo de um filtro passa-baixa ativo de segunda ordem com amplificador 
operacional. 
g. Filtro Passa-Alta Configuração que prioriza a eliminação de frequências 
indesejáveis mais baixas. Ganho e frequência de corte são controlados pelos 
valores dos resistores e capacitores (Figura 3.9). 
 
 
 
Figura 3.8. Exemplo de filtro passa-alta ativo de segunda ordem com amplificador 
operacional. 
 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 44 
h. Filtro Passa-Banda: 
Configuração que permite a passagem de frequências intermediárias. 
 
 
 
Figura 3.9. Filtro passa-banda. 
1.1.1 Amplificador de Instrumentação 
a. Circuito: Configuração que combina diferentes topologias e é excelente para receber e 
tratar analogicamente sinais oriundos de sensores não referenciados ao terra. 
 
Figura 3.10. Circuito do amplificador de instrumentação usando três amplificadores 
operacionais. 
Vantagens e Aplicações 
Esta topologia tenta minimizar algumas das limitações encontradas no circuito 
amplificador diferencial básico (Figura 3.5). Tais limitações se resumem em se 
conseguir o equilíbrio entre seus quatro principais parâmetros, ou seja, alta 
impedância de entrada (Zin), grande ganho diferencial (Ad), alto CMRR e, mínimo DC-
offset na saída. 
 
Uma observação cuidadosa no circuito da Figura 3.10 e verificamos que os dois 
estágios de entrada, A1 e A2, são essencialmente amplificadores não inversores, o que 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 45 
nos garante altas impedâncias de entrada maiores que 1.010 Ohms. Os amplificadores 
A1 e A2 podem ser projetados para altos ganhos sem causar excessivo offset nas 
saídas V3 e V4. Para minimizar esse pequeno offset, o estágio de salda A3 pode/deve 
utilizar resistores de valores baixos. 
 
Em nossa observação verificamos, também, que o estágio de saída, A3, é um 
amplificador diferencial básico e, desse modo, o CMRR de todo o sistema dependerá 
exclusivamente do CMRR desse estágio. Assim, basta esse estágio estar perfeitamente 
balanceado, ou seja, R6/R4 = R7/R5, para que consigamos alto CMRR. O desajuste 
de R1, R2 e R3 apenas afeta o ganho diferencial e não o ganho de modo comum O 
ganho de todo o sistema é normalmente controlado somente pelo ajuste de R1. 
 
Em função de suas características, o amplificador de instrumentação, normalmente, 
deve ser utilizado apenas em situações especiais, isto é, situações em que o sinal a 
ser tratado é da ordem de (no máximo) dezenas de milivolts, e que por isso necessitem 
ser grandemente amplificados (em torno de 1.000 vezes); e ainda assim o sistema 
amplificador deve ter alta “rejeição do modo comum”, pois o “ruído de modo comum” 
geralmente está presente no sinal processado. Esses tipos de sinais, em nosso caso, 
são provenientes dos transdutores utilizados pelos EB, como, por exemplo, eletrodos, 
termistores, pneumotacômetros etc. 
 
Sistemas de Condicionamento de Sinais 
Os sistemas de condicionamento de sinais de instrumentos de medição basicamente 
são compostos pela combinação desses circuitos responsáveis pela amplificação e pela 
filtragem dos sinais provenientes dos sensores/transdutores. 
 
A Figura 3.11 apresenta uma diagramação em blocos-padrão na qual é possível 
perceber um subsistema amplificador conectado diretamente ao transdutor e em 
seguida um subsistema de filtro passa-baixa para redução do ruído no sinal; após esse 
tratamento analógico do sinal, é em entregue ao subsistema responsável pela 
conversão analógica-digital do sinal. 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 46 
 
 
Figura 3.11. Diagrama em blocos de um sistema de condicionamento de sinais típico de 
um instrumento de medição padrão. 
 
 
 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 47 
Conversão Analógica-Digital E Digital-Analógica E Noções De Arquitetura 
Microprocessada 
 
Discretização de Sinais Analógicos – Conversação Analógico-Digital e 
Digital-Analógico 
Nas últimas décadas houve um incremento significativo no processamento digital das 
informações, ou seja, os sinais analógicos provenientes dos transdutores deveriam ser 
convertidos em sinais digitais para posteriormente serem processados pela arquitetura 
microprocessada interna desses equipamentos. Essa conversão é denominada 
“digitalização” dos sinais. A digitalização seria apenas uma ferramenta utilizada para 
se converter os sinais analógicos, em sinais que possam ser interpretados pelos 
sistemas computadorizados (Figura 4.1), ou seja, em linguagem binária. A abordagem 
profunda desse tema será suficiente para a compreensão dos equipamentos a serem 
descritos ao longo do curso. 
 
 
 
Figura 4.1. Exemplo de diagrama geral de um sistema que converte um sinal analógico 
em digital e digital em analógico. 
 
Discretização dos Sinais - Conversão A/D e D/A 
Transformação de um sinal de tensão contínuo no tempo em um sinal discretizado 
conforme apresentado na Figura 4.2. Cada segmento do sinal discretizado apresentado 
na Figura 4.2, representa a respectiva quantização, naquele instante de tempo, do 
nível de tensão do sinal contínuo. Esse valor quantizado é então convertido para a 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 48 
linguagem do computador, ou seja, para a “base binária”. Essa amostra do sinal 
contínuo é feita em intervalos conhecidos (T – tempo de amostragem). 
 
Eletronicamente, a amostragem do sinal do contínuo, a quantização, e a conversão 
desta quantização pode ser feita com diversas técnicas, que não serão nosso objeto 
de detalhamento por se tratar de assunto muito específico em termos eletrônicos. A 
Figura 4.3 apresenta uma tabela exemplo de correlação de valores de voltagem, 
resultados de um processo de amostragem do sinal contínuo, e o respectivo valor 
binário atribuído ao valor amostrado. 
 
 
Figura 4.2. Representação gráfica do processo de discretização de uma função/sinal 
contínuo. 
 
 
 
Figura 4.3. Exemplo de correlação de valores de voltagem amostrados de um sinal 
contínuo e depois convertidos em códigos binários para seremcompreendidos 
por computadores. 
 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 49 
O processo de conversão digital para analógico utiliza a mesma correlação 
apresentada, contudo, ao final retorna-se ao sinal contínuo. Esse sinal contínuo 
reconstruído, entretanto, apresenta algumas pequenas distorções, conforme pode ser 
observado no exemplo apresentado na Figura 4.4. Essas distorções podem ser 
estimadas e calculadas de forma se tornarem aceitáveis para atender às especificações 
do sistema eletrônico. Uma das restrições mais importantes é condicionada pelo 
teorema de Nyquist, o qual impõe que a frequência utilizada para fazer a amostragem 
no processo de quantização (denominado em inglês “Sample/Hold”) deve ser 
minimamente duas vezes a frequência do harmônico principal do sinal a ser 
digitalizado/discretizado. Nesse sentido, como forma de segurança na garantia da boa 
qualidade do sinal, normalmente a frequência de amostragem é pelo menos 10 vezes 
superior à frequência do harmônico principal do sinal a ser digitalizado. Nesses casos, 
as distorções serão totalmente imperceptíveis, atendendo completamente às 
exigências de projeto. 
 
 
 
Figura 4.4. Exemplo de circuito de conversor Digital-Analógico tipo SOMADOR NÃO 
INVERSOR. Os resistores deste circuito necessariamente devem ser de precisão. 
 
Noções de Arquiteturas Microprocessadas 
Arquitetura Típica de um Sistema Microprocessado 
A análise em blocos, conforme apresentado na Figura 4.5, permite-nos afirmar que as 
plataformas microprocessadas são compostas basicamente por três principais partes: 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 50 
a) CPU, ou Unidade de Processamento de Central – onde são interpretados e 
executados os comandos, os códigos de controle, e o 
endereçamento/mapeamento interno do sistema, ou arquitetura eletrônica. 
b) Memória – parte responsável pelo armazenamento dos códigos e dados no 
formado binário. 
c) I/O – são dispositivos externos de entrada e saída de dados, tais como teclado, 
monitor, disco rígido, entre outros. 
 
 
 
Figura 4.5. Arquitetura-padrão de um sistema microprocessado. 
 
Ainda muito importante é o responsável pela comunicação entre todos estes grandes 
blocos que são os barramentos. Esses barramentos são responsáveis pelo tráfego da 
informação para dentro e para fora da arquitetura. São divididos em três tipos de 
barramentos: 
 Endereçamento: dentro de uma arquitetura microprocessada tudo é mapeado 
de forma binária, pois desse modo a CPU consegue controlar a localização de 
bit dentro do sistema. 
 Controle: são sinais internos específicos para determinar as ações que devem 
ser realizadas, tais como escrita ou leitura na memória. 
 Dados: diz respeito ao tráfego da informação propriamente dito. 
 
 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 51 
Fundamentos de Biofísica 
Radiação e Espectro Eletromagnético 
As RADIAÇÕES ELETROMAGNÉTICAS incluem ondas como a luz, as ondas de rádio, 
os raios-X e outras radiações. Os diversos tipos de ONDAS diferem apenas no 
COMPRIMENTO DA ONDA (λ) e na FREQUÊNCIA (f), que estão relacionadas pela 
Equação 5.1. Assim como a quantidade de energia (E) transportada em cada FÓTON 
(Ef) pode ser calculada a partir de seu comprimento de onda como demonstrado na 
equação (5.2): 
 
 eq. (5.1) 
 eq. (5.2) 
 
onde c = velocidade da luz no vácuo, e h = Constante de Planck (4,15x10-
15eV). 
Figura 5.1 mostra o espectro eletromagnético e os nomes que estão habitualmente 
associados aos diversos intervalos de comprimento de onda e frequência. Esses 
intervalos não são, muitas vezes, bem definidos e em alguns casos podem se sobrepor. 
Por exemplo, ondas de comprimentos próximos a 0,1 nm são usualmente 
denominadas de raios-X. Entretanto, quando originadas no núcleo atômico, são 
denominadas raios gama. 
 
 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 52 
Figura 5.1. Diagrama do espectro eletromagnético. 
 
O olho humano é sensível a comprimentos de onda entre 400 e 700 nm, por isso essa 
região do espectro é denominada visível. Todas as cores do arco-íris têm 
comprimentos de onda entre esses extremos. Os comprimentos mais curtos do 
espectro do visível correspondem à luz violeta e os mais longos, à luz vermelha. Ondas 
com comprimentos inferiores e superiores a estes correspondem à radiação 
ultravioleta (UV) e à radiação infravermelha (IV), respectivamente. 
 
Não há limites para os comprimentos de onda da radiação eletromagnética, ou seja, 
teoricamente todos os comprimentos de onda são possíveis. 
 
As diferenças entre os diversos comprimentos de onda são muito importantes. O 
comportamento das ondas depende muito das dimensões relativas dos comprimentos 
de onda e dos corpos físicos que as ondas encontram. Os raios-X, por exemplo, que 
possuem comprimentos muito curtos e frequências muito altas, penetram com 
facilidade muitos materiais opacos à luz, que tem frequências menores e são 
absorvidas por aqueles materiais. As micro-ondas têm comprimentos de onda da 
ordem de alguns centímetros e frequências próximas às frequências da ressonância 
natural das moléculas de água, forçando o aquecimento dos fornos de micro-ondas. 
 
Geração de Ondas Eletromagnéticas 
Ondas-eletromagnéticas são resultados de força externa que provoca uma dupla 
vibração que compreende um CAMPO MAGNÉTICO (H) e um CAMPO ELÉTRICO (E). 
Essas duas vibrações estão em fase, possuem direções perpendiculares e se propagam 
no vácuo com a velocidade da luz (Figura 5.2). 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 53 
 
Figura 5.2. Representação da propagação de uma onda eletromagnética. 
 
Estruturação do Átomo – Conceitos Básicos 
O modelo atômico mais aceito baseia-se na composição apresentada na Figura 5.3, na 
qual é observada a presença de partículas orbitais e um núcleo, os quais podem ser 
caracterizadas segundo a ilustração. 
 
 
 
Figura 5.3. Modelo do átomo. 
 
 Núcleo composto por: 
o Prótons: carga +1; determina o número atômico. 
o Nêutrons: sem carga; isótopos = mesmo número de nêutrons; número de 
prótons + número de nêutrons = peso atômico. 
 Elétrons: carga -1; orbitam o núcleo; determinam propriedades químicas. 
 
 
 
 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 54 
Desativações do Átomo, do Núcleo, da Molécula e por Interação 
Do Átomo 
O átomo tem o seu estado fundamental de energia que está associado ao seu estado 
fundamental de configuração eletrônica. Entretanto, ele pode assumir outros estados: 
 Excitado (instável) – caracterizado pela migração de elétron para orbital mais 
externo e o seu retorno para o orbital de origem onde é emitida uma radiação. 
A energia da radiação emitida por um átomo ativado depende das diferenças 
de energia entre as órbitas onde se processam os saltos eletrônicos (Figura 
5.4(a)). Saltos entre as órbitas mais externas dão origem ao infravermelho (IV), 
à luz visível ou ao ultravioleta (UV), em quanto àqueles que se processam nas 
órbitas internas podem resultar na emissão de Raios-X. 
 
 Ionizado: quando há ejeção de elétron (Figura 5.4(b)). 
 
 
 
(a) (b) 
 
Figura 5.4. (a) Processo de excitação do átomo resultado e emissão de energia/fóton. 
(b) Processo de ionização em que a interação da radiação provoca retirada de 
elétrons do átomo. 
 
Do Núcleo 
 Núcleos radioativos: radiações eletromagnéticas podem ser emitidas por núcleos 
de átomos radioativos. São radiações de alta frequência (energia) denominadas 
raios gama (y). 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 55 
 Núcleos excitados: alinham-se com campo magnético B e, se resubmetidos ao 
campo eletromagnético, realinham-se com RF; e, quando RF desaparece, voltam 
ao alinhamento com B emitindo onda eletromagnética (efeito da RNM). 
 
Da Molécula 
O estado energético de uma molécula compreende a soma de várias instâncias de 
energia: dos elétrons + vibração dosátomos + de rotação da molécula + translação 
da molécula. Esse estado energético pode ser alterado denominando-se ativação ou 
excitação. Quando esse estado de excitação retorna ao estado fundamental teremos 
a emissão de radiação, conhecidas como fosforescência ou fluorescência. 
Princípios Radiações Ionizantes e Não Ionizantes 
O que É Ionização? 
 Retirada de elétrons da estrutura eletrônica do átomo. 
 Por que a ionização é tão prejudicial? 
 
Tipos de Radiação 
• Ionizantes – Raios gama (< 0,01 nm), raios-X duros, raiosX moles, radiação UV (A, 
B, C). Veja o diagrama do espectro eletromagnético na Figura 5.5. 
 
• Não Ionizantes – Luz visível (390 a 700 nm, violeta, azul, verde, amarelo, laranja e 
vermelho), Infravermelho próximo (700 a 2.200 nm), infravermelho médio (2.200 a 
5.000 nm), infravermelho distante (5.000 a 20.000 nm), micro-ondas (freq = GHz), 
radiofrequências (f = MHz e kHz). 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 56 
 
Figura 5.5. Diagrama do espectro das radiações ionizantes e não ionizantes. 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 57 
Equipamentos Biomédicos - Cardiovascular 
Eletrocardiógrafo 
 
O sinal ECG 
O eletrocardiógrafo, ECG ou EKG, é um instrumento que mostra graficamente a 
atividade elétrica do coração. O registro chama-se eletrocardiograma, também 
abreviado por ECG, que, por sua vez, é normalmente reproduzido em registradores de 
papel a uma velocidade de 2,5 ou 5 cm/s; Eletrocardiógrafos mais recentes também 
podem apresentar o sinal de ECG em monitores de Tubo de Raios Catódicos (TRC), 
sendo que o processamento poderá ser tanto analógico como digital. 
 
O eletrocardiograma é uma forma de registro da atividade elétrica do coração obtida 
a partir de eletrodos colocados na superfície do corpo. O ECG registra o efeito somado 
de todos os potenciais de ação individuais das células miocárdicas. A Figura 6.1 
apresenta um sinal de ECG básico. 
 
 
Figura 6.1. Sinal de ECG básico. 
 
 
Derivações 
O coração pode ser encarado como um gerador elétrico encerrado em um volume 
condutor: a cavidade torácica. O ECG mede os potenciais existentes entre os vários 
pontos na superfície desse volume condutor e estas informações são usadas para 
determinar as condições clínicas do coração. A Figura 6.2 apresenta todas as 
configurações para as respectivas derivações comumente utilizadas. 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 58 
 
 
Figura 6.2. Configurações possíveis das derivações de ECG. (a) Ligações bipolares aos 
membros; (b) ligações unipolares aos membros; (c) Ligações unipolares ao 
peito (precordiais). 
 
 
Equipamento Biomédico Eletrocardiógrafo 
O sistema como um todo pode ser dividido em três partes (Figura 6.3): 
i. Transdução (sensores): os sensores de entrada são pares de eletrodos 
afixados à superfície do corpo do paciente ou diretamente ao tecido do coração. 
São responsáveis pela captura dos sinais elétricos de interesse. 
ii. Amplificação: graças à baixa amplitude do sinal proveniente dos eletrodos é 
necessário um estágio de amplificação que possua alta impedância com ganho 
ajustável. 
iii. Registro: no caso de registradores de papel, emprega-se um sistema de 
galvanômetro com uma pena atrelada à agulha, registrando em fita de papel o 
sinal cardíaco. 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 59 
 
Figura 6.3. Diagrama em blocos do eletrocardiógrafo. 
A. Análise dos Blocos 
i. Buffers: esse bloco representa a interface entre o sinal de entrada (ECG) e o sinal 
que será processado. Apresenta as seguintes características: altíssima impedância de 
entrada, baixa impedância de saída, ganho unitário e baixo ruído inerente. 
 
ii. Rede de Wilson (Comutador): Para se realizarem todas as combinações 
possíveis (12) respectivas a cada derivação, utiliza-se uma rede resistiva em estrela 
denominada “rede de Wilson”. Normalmente o comutador possui um contato que 
provoca curto-circuito no amplificador entre as sucessivas posições das derivações 
para evitar deslocamentos indesejáveis da pena durante a comutação. Alguns 
eletrocardiógrafos realizam parada automática do papel durante a comutação da 
chave. A primeira posição do comutador (Std) permite ao operador, por intermédio 
de um botão no painel, gerar 1 mV (fonte interna) para calibrar o ganho do aparelho 
sempre que necessário. 
 
iii. Amplificador Diferencial: nesse estágio pode-se utilizar apenas um simples 
“Amplificador Diferencial”, ou de forma aconselhável, um “Amplificador de 
Instrumentação”. É neste estágio que se realiza o ajuste de ganho. 
 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 60 
iv. Realimentador de Modo Comum (RMC): esse pequeno sistema tem como 
objetivo minimizar as possíveis interferências de 60 Hz provenientes da rede elétrica. 
Observa-se na Figura 6.3 que esse sistema, também denominado “Righ-Leg-
Amplifier”, consiste em injetar na perna direita do paciente a soma invertida dos 
sinais interferentes que chegam aos buffers na forma de tensão de modo comum. A 
impedância de saída desse estágio é relativamente alta por causa da proteção ao 
paciente. 
 
vi. Registrador: o elemento motor da pena possui desenho similar a um 
galvanômetro d’Arsonval, porém de construção mais robusta. Em alguns 
equipamentos o elemento motor da pena incorpora um transdutor que fornece uma 
tensão proporcional à posição da pena, que por sua vez é utilizada como sinal de 
realimentação para o amplificador de potência para melhorar a resposta em 
frequência do registrador. Este ainda contém: uma pena termoimpressora, a fonte 
de alimentação e o motor de arraste de papel com mecanismos seletor de 
velocidades. 
 
vii. Considerações Gerais: 
• O Shield do cabo que conduz os fios respectivos a cada eletrodo deverá ser 
aterrado. 
• Cada fio de cada derivação possui uma cor específica: RA - branco, LA - marrom; 
RL - verde; LL - vermelho e C -preto. 
• Os estágios de entrada possuem uma rede de resistências e lâmpadas neon para 
proteger o equipamento de prováveis sobretensões, provenientes de outros 
equipamentos (bisturis elétricos e/ou eletrocauterizadores, por exemplo). 
 
B. Características/Especificações (normas) 
As características de operação de operação foram especificadas pela Associação 
Americana do Coração (1975) e são as seguintes: 
 
 
INSTRUMENTAÇÃO MÉDICO-HOSPITALAR I 61 
I. Com uma resposta de amplitude de 20 mm pico a pico em 25 Hz, a resposta 
em amplitude constante para sinais senoidais na faixa de 0,14 a 25 Hz será 
plana dentro de 6% (0,5 dB). A resposta em 0,05 Hz não será reduzida para 
menos que 30% (-3 dB) da resposta em 0,14Hz 
II. Com uma resposta em amplitude de 10 mm pico a pico em 25 Hz, a resposta 
para amplitude constante a sinais senoidais na entrada acima de 50 Hz deverá 
ser plana entre +6% (+0,5 dB). 
III. Com uma resposta em amplitude de 5 mm pico a pico em 25 Hz, a resposta 
para amplitude constante a sinais senoidais na entrada acima de 100 Hz não 
será reduzida por menos que 30% (-3 dB), produzindo um registro na saída de 
3,5 mm em 100 Hz. 
IV. Dentro da banda, nenhuma frequência terá a resposta excedida aos limites 
superiores especificados para a faixa de 0,14–50 Hz. 
V. No aparelho deve haver um sinal padrão de amplitude igual a 1 mV para servir 
de calibração. 
VI. A velocidade gráfica é padronizada em 2,5cm/s ou 5cm/s. 
VII. O instrumento não deve admitir correntes superiores a 1 μA através do paciente 
(correntes de fuga inferiores a 10 μA já são aceitáveis). 
VIII. O ganho deverá estar disponível em três opções: 5, 10 e 20 mm/V. 
IX. O desvio de linearidade deve ser menor que 5% da saída pico a pico, para um 
sinal cuja amplitude na saída esteja entre 5 e 50 mm no gráfico. Para amplitudes 
pico a pico menores que 5 mm, o desvio de linearidade não deve ser maior que 
0,25 mm. Esses requisitos cobrem sinais compostos de componentes de 
frequência entre 0,05 e 100 Hz. 
X. Rejeição de modo comum: para