Desfibrilador Automático Portátil

Detalhes: Escrito por: Redação

Considerações de projeto

O desfibrilador automático portátil apresentado neste artigo é um aparelho semiautomático, uma vez que ele detecta a arritmia cardíaca de uma pessoa e avisa o operador para que este libere a corrente a ser aplicada no tórax da mesma através de eletrodos especiais colocados sobre a pele. Trata-se de um equipamento compacto e de baixa potência

Tradução: Eutíquio Lopez

Nota: Artigo publicado na Revista Saber Eletrônica 448 de 2010

(Artigo original pertencente ao "Medical Applications Guide”, da Texas Instruments, sob título: Automatic External Defibrillator (AED) datado de 2009).

Este aparelho eletrônico portátil para socorro médico tem a finalidade de diagnosticar e tratar a parada cardiorrespiratória humana, consequência de uma fibrilação ou taquicardia ventricular do coração de modo a restabelecer e normalizar (elétrica e mecanicamente) os batimentos cardíacos do paciente. No momento em que essa fibrilação se manifesta no coração de uma pessoa, os impulsos elétricos do órgão ficam desordenados. A desfibrilação consiste na aplicação de pulsos de corrente no coração para despolarizar simultaneamente todas as células miocárdicas, e assim recuperar o seu ritmo elétrico normal.

De acordo com informações médicas disponíveis atualmente, a fibrilação ventricular do coração humano é a responsável pela maioria das ocorrências de morte súbita. Uma desfibrilação imediata pode resultar em taxas de sobrevivência da ordem de 50 a 75%, caso seja aplicada no intervalo entre 3 e 5 minutos após a ocorrência do colapso cardíaco.

O instrumento médico que apresentamos aqui, denominado Desfibrilador Externo Automático (ou AED, em inglês), é composto por um Gerador de Alta Tensão munido de eletrodos para aplicação de pulsos no peito (tórax) do paciente, capaz de estimular novamente o funcionamento do coração impactado por uma fibrilação.

Então, resumindo o que o aparelho faz: ele aplica no paciente (através dos eletrodos) uma série de pulsos de corrente em uma dada frequência e com intensidade tal que seja possível induzir as células do coração colapsado a voltarem a funcionar normalmente.

Sabe-se que o projeto de um desfibrilador AED que seja confiável exigirá a especificação e obtenção dos componentes apropriados para a montagem do circuito do gerador AT para a produção dos pulsos de choque, uma vez que é necessário que esses pulsos tenham características determinadas e precisas de intensidade e ritmo para a obtenção de eficiência no procedimento da desfibrilação.

Em seguida, passaremos aos leitores as "Considerações para o Projeto de um Desfibrilador AED" que foram disponibilizadas para o público pela empresa norte-americana Texas Instruments Inc. em seu documento técnico "Medical Applications Guide "datado de 2009.

Para maiores informações e detalhes sobre os circuitos de Desfibriladores AED, favor acessar o site www.ti.com

Considerações de Projeto

O desfibrilador externo automático (AED, em inglês) cujo aspecto pode ser visto na ilustração inicial, é um aparelho portátil com circuito baseado em microprocessador, altamente sofisticado, com a finalidade de monitorar, avaliar e tratar pacientes que apresentem graves alterações nos batimentos cardíacos capazes de porem em risco a própria vida humana.

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Ele captura os sinais ECG por meio dos seus eletrodos de entrada, roda um algoritmo de análise do ECG (eletrocardiograma) para identificar batimentos irregulares, e então avisa o operador caso uma desfibrilação seja necessária (ou urgente).

Um desfibrilador básico possui uma fonte de alta tensão, um capacitor de armazenamento, um indutor opcional e os eletrodos para serem colocados no paciente (veja o diagrama de blocos do aparelho na figura 1). Ele carrega o capacitor até uma certa tensão, criando o potencial necessário para a circulação da corrente. Quanto maior for a tensão no capacitor, maior será a corrente que irá circular.

As saídas do AED correspondentes ao áudio (AF) e vídeo (display) do aparelho fornecem as instruções para a orientação do operador no procedimento de desfibrilação. Em uma sequência típica de desfibrilação, o aparelho transmite avisos falados (de voz) instruindo o usuário a fixar os eletrodos no paciente e começar a aquisição de dados para o ECG (eletrocardiograma). Se o desfibrilador, ao analisar o ECG do paciente, detectar um ritmo (batimento) irregular, o capacitor será carregado obedecendo à seguinte equação de armazenamento de energia:

A tensão sobre o componente seguirá a lei exponencial:

, onde R=R (cabo) que é muito menor que a R (tórax).

Então, já obedecendo as instruções, o operador pressiona o botão de choque para aplicar o pulso de alta tensão; assim a corrente começa a circular através do corpo do paciente para despolarizar a maior parte das células do coração, as quais geralmente reestabilizam o ritmo normal do órgão com suas contrações ficando novamente coordenadas.

A intensidade da corrente circulante é determinada pelo capacitor e pela impedância do corpo do paciente. O gráfico de acompanhamento mostra o nível da corrente e a duração da passagem dela pelo corpo. Muitas orientações médicas e/ou jurídicas exigem também que o desfibrilador grave o áudio ocorrido na cena do socorro cardíaco para uma eventual análise posterior. Todos esses aparelhos possuem recursos para armazenar e recuperar os gráficos ECG do paciente.

Os sinais de entrada no AED vêm através dos eletrodos ECG colocados no paciente e exigem o uso de um amplificador de instrumentação para amplificar seus baixíssimos níveis de tensão (< 10 mV).

Os amplificadores de instrumentação de códigos INA 118/ INA 128/ INA 333 foram desenvolvidos para terem, simultaneamente:

• Capacidade de sensoriar sinais de baixa amplitude entre 0,1 e 10 mV;

• Altíssima impedância de entrada (> 5 MΩ);

• Baixíssima corrente de fuga de entrada (< 1 µA);

• Curva de resposta em frequência, plana, desde 0,1 Hz até 100 Hz; e

• Alta razão de rejeição em modo comum (CMRR): acima de 100 dB.

Outro sinal de entrada no AED é para o microfone, colocado para a gravação do som no local do socorro médico. Ambos os sinais (de ECG e de entrada do microfone) serão digitalizados e processados por um DSP (processador de sinal digital). A maioria dos projetos de desfibriladores AED utiliza um processador de 16 bits e, portanto, trabalha bem com ADCs de 16 bits para a digitalização do ECG e da entrada de voz. O sinal ECG amplificado apresenta uma largura de faixa entre 0,1 Hz e 100 Hz, requerendo uma relação sinal – ruído mínima de 50 dB.

O sinal para playback e gravação de áudio tem uma largura de faixa típica de 8 kHz e exige uma SNR mínima de 65 dB. O sinal de entrada do microfone precisa, também, ser amplificado com um ganho programável de 40 dB. O AED poderá ter as instruções de áudio sintetizadas com uma saída de "controle de volume" para ambos alto-falantes (de fone de ouvido ou de 8 Ω.

Os projetistas de sistemas confirmarão que o CODEC TLV320AIC20 facilita bastante a digitalização dos sinais de entrada do AED, simplificando-a, porque ele é integrado por dois ADCs, dois DACs, um amplificador de microfone, um driver para "fone de ouvido" e outro driver de 8 O com controle de volume; e ainda pode ser interfaceado diretamente com um DSP.

Na figura 2 vemos as formas de onda típicas do pulso da corrente na saída do desfibrilador. Elas podem ser monofásicas ou bifásicas. No 1° tipo, a corrente não sofre inversão durante o choque, enquanto que a nova tecnologia bifásica permite a inversão do sentido da corrente aplicada durante o choque.

Amplificador de Instrumentação CMOS - INA 321

O CI INA 321 é um amplificador de instrumentação CMOS com saída "rail-to-rail" que provê a amplificação de sinais diferenciais com consumo baixíssimo de corrente (40 µA). Em modo stand by, o consumo fica abaixo de 1 µA, retornando à operação normal em microssegundos e tornando-se uma boa opção para aplicações com bateria ou multiplexadas. Com uma configuração interna para ganho 5 V/V, o INA 321 oferece flexibilidade excepcional com o uso de resistores externos de ganho. Ele reduz o erro em modo comum sobre a frequência e com a CMRR permanecendo elevada até 3 kHz, o ruído e as harmônicas da linha são rejeitadas.

Na figura 3 é apresentado o Diagrama de Blocos funcional do INA 321.