Desenvolvimento de um Eletromiógrafo Acessível - Soares, Bruno Oliveira (2021)
A eletromiografia é um exame médico que permite visualizar os impulsos elétricos musculares gerados durante os movimentos de contração e relaxamento dos mesmos. A captação destes sinais elétricos pode ser realizada por meio de um circuito eletrónico dotado de sensores próprios para a tarefa, que são fixados junto ao músculo do paciente. Os sinais elétricos captados possuem amplitude numa faixa entre os µV e os mV e a sua concentração no espectro da frequência depende do grupo muscular. Para o bicípite, que é o músculo em estudo neste trabalho, as frequências de interesse estão concentradas principalmente nas faixas próximas aos 150 Hz. Estes sinais devem ser condicionados e tratados de forma a permitir a exibição e posterior avaliação por um profissional qualificado. Este trabalho tem como principal objetivo a criação de um eletromiógrafo de baixo custo, que possa ser construído com componentes eletrónicos de fácil obtenção, mas que permita verificar a variação dos movimentos musculares. Em um primeiro momento será realizada uma prova de conceito com componentes com encapsulamento DIP. Isto permitirá, em teoria, miniaturizar o projeto e permitir que este seja leve e utilizável de forma mais prática, como por exemplo no monitoramento de pessoas em programas de reabilitação motora durante um período de várias horas. Devido à maior facilidade de manuseio e menor custo, optou-se pelo uso de sensores superficiais passivos, onde o sensor é recoberto por um gel condutor e é fixado por meio de um material adesivo junto à pele do paciente. O sinal obtido é então enviado para um estágio de tratamento, de forma a elevar a potência do sinal elétrico e retirar possíveis interferências. Foi implementado um estágio de amplificação único, com ganho de 100 vezes, por meio de um amplificador de instrumentação, modelo INA116. De forma a melhorar a rejeição de modo-comum do amplificador, implementou-se uma técnica de referência ativa chamada de DRL (Driven Right Leg). Após o estágio amplificador, foram implementados dois filtros, um passa-alto de 2ª ordem, com ganho unitário e frequência de corte em 15 Hz, e um passabaixo, também de 2ª ordem, de forma a eliminar os sinais com frequência acima de 500 Hz. Os amplificadores operacionais utilizados nos filtros e no DRL estão encapsulados em um circuito integrado (CI) modelo LM324, da fabricante Texas Instruments. Uma vez finalizado o processo de condicionamento e filtragem do sinal, este foi enviado para o estágio de elevação de nível DC, de forma a ajustar o sinal ao potencial entre 0 V e 5 V e permitir a sua conversão analógica – digital. O estágio de elevação DC foi implementado por meio de um circuito somador de sinais, realizado com dois amplificadores operacionais LM324. A conversão analógica-digital é realizada por meio do conversor integrado ao microcontrolador de 8 bits ATMEGA328, da fabricante Atmel. Este processo é realizado a uma taxa de amostragem fixa, cujo valor é calculado respeitando a chamada “Frequência de Nyquist”, que determina que, para conseguir uma reconstrução digital fiel ao sinal analógico, a taxa de amostragem deve ser, no mínimo, o dobro da frequência máxima do sinal captado. Após a conversão analógica digital, foi utilizada a comunicação serial do microcontrolador, em modo assíncrono, com envios apenas em um sentido, para transmitir os dados amostrados do microcontrolador para um computador, onde estes foram lidos e exibidos por meio de uma aplicação computacional desenvolvida em C++. Para facilitar o desenvolvimento de uma interface gráfica em C++ foi utilizado a toolkit QT, que provê classes desenvolvidas especialmente para a criação de gráficos e comunicação série. A aplicação computacional desenvolvida permite verificar de forma gráfica e em tempo real o momento em que o músculo é contraído, embora o sinal possua pouca resolução e ainda possam existir ruídos que não foram completamente eliminados. Apesar dos possíveis pontos de melhoria, é possível considerar que os objetivos foram atingidos, uma vez que as curvas obtidas se assemelham às curvas obtidas em exames reais de eletromiografia, podendo distinguir claramente os momentos de contração e relaxamento do músculo