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VII SEB
File: Monitor de Pulso Cardíaco
utilizando Arduino
Resumo
Este projeto demonstra uma técnica de medição da
frequência cardíaca através do fluxo sanguíneo,
captada através do dedo do paciente. Os dados
coletados pela placa Arduino possibilita o
monitoramento cardíaco do paciente.
Palavras chaves
Frequência cardíaca, Arduino, Monitoramento Cardíaco.
Adilmar Coelho Dantas
Universidade Federal de
Uberlândia – Nutec LAB 1X05
adilmarcoelho@hotmail.com
Hermes Gustavo
Universidade Federal de
Uberlândia – Nutec LAB 1X05
hermesneri@hotmail.com
Introdução
Este projeto demonstra uma técnica de medição da
frequência cardíaca através do fluxo sanguíneo,
captada através do dedo do paciente durante o
bombeamento de sangue pelo coração. O circuito é
relativamente simples e econômico, bastante similar a
alguns utilizados recentemente. O grande diferencial
está na comunicação Arduino, que permite que estes
dados sejam tratados e até demonstrados graficamente
para os usuários. Em adultos, o coração normal bate
cerca de 60 a 100 vezes por minuto durante condição
de repouso, o sistema consiste em analisar e monitorar
estes batimentos em tempo real auxiliando na detecção
de anormalidades. Os circuitos aqui desenvolvidos são
bastante simples, mas similares aos modernos
aparelhos que temos hoje, porém com materiais de
baixo custo.
Circuito
O circuito é constituído de um sensor infravermelho,
que transmite um sinal IR, no qual, parte do sinal
atravessa a ponta do dedo do paciente, enquanto a
outra é refletida pelas células sanguíneas do mesmo.
Esse sinal refletido é captado por outro sensor; um
fotodiodo. O volume de sangue bombeado pela
pulsação promove uma variação no valor captado pelo
fotodiodo. Como esse sinal é muito baixo é necessário
um amplificador físico ou um software para tratar esse
dado adequadamente. Assim, escolhemos a segunda
opção. Veja na figura 1 o funcionamento ilustrativo e
na figura 2 o esquema do circuito elétrico finalizado.
Figura 1 Representação do Sistema Pulse Sensor
Figura 2 Circuito elétrico
Passo a passo para
montagem do sistema
Cortar uma PCB: Para
cortar a PCB, corte do lado
perfurado (no cobre ou lado
de “solda”), remova 4
colunas de buracos, deixando
13 intactas.
Base para o dedo: Pode ser
utilizado um pedaço de PVC
ou um adaptador para
torneira. É necessário fazer
dois furos para o encaixe dos
sensores.
Desenvolvimento
Para o processamento dos sinais foi utilizado o Arduino,
que é um circuito integrado de baixo custo e
OpenSource que foi desenvolvido para projetos de
eletrônica, entre outras áreas. Como o principal
objetivo deste trabalho é montar um sistema simples e
de baixo custo para monitoramento cardíaco
escolhemos o Arduino. Abaixo, na figura 3 segue uma
demonstração do primeiro protótipo para testes do
circuito desenvolvido em protoboard.
Figura 3 Esquema ilustrativo
Programação – Software
A programação do sistema foi realizada em DSL
(domain specific language), uma linguagem baseada
em C, com sintaxe similar. A programação consiste em
ativar os sensores e realizar a leitura analógica do LDR
responsável por captar os valores refletidos pela
corrente sanguínea consequentemente enviados pelo IR
(sensor infravermelho). Além disso, foi inserido um LED
para ilustrar graficamente os batimentos cardíacos do
paciente. Utilizando linguagens de programação para
web foi possível desenvolver um sistema capaz de
gerar gráficos em Desktops e dispositivos móveis em
tempo real.
O próximo passo será desenvolver um aplicativo móvel
para pessoas com problemas cardiovasculares, cuja
finalidade será a de alertar o paciente e o médico caso
o equipamento detecte alguma anormalidade. Assim, o
médico poderá acompanhar remotamente o estado
cardíaco de seu paciente.
Processamento gráfico dos sinais
Os dados adquiridos e tratados pelo Arduino são
gravados em uma seção para que eles possam ser
processados em tempo real graficamente. Utilizamos
uma biblioteca OpenSource (código aberto) para
exibição dos dados. Esse sistema funciona em
computadores e aparelhos móveis, como demonstrado
na figura 4, abaixo.
Figura 4 Execução em dispositivos móveis
Soldar os pares emissor /
receptor: Monte o circuito
cuidadosamente, de acordo
com o esquema.
Soldar os resistores e os
cabos de acordo com o
circuito: Repare que
conectamos um LED nesse
circuito para que ele simule a
pulsação cardíaca durante a
coleta dos impulsos.
Resultados
Os primeiros resultados obtidos pareciam anormais.
Assim, tivemos a seguinte ideia para testar se o
software estava fazendo a leitura correta dos dados.
Conforme foi dito anteriormente a frequência cardíaca
em crianças é superior, decidimos então realizar testes
em dois grupos de três pacientes, um deles formados
por adultos entre 20 e 50 anos de idade e outro com
crianças dentre 6 até 12 anos e obtivemos os seguintes
resultados das frequências cardíacas conforme a tabela
abaixo.
Classificação Maior Frequência
Registrada
Adulto 98
Adulto 88
Adulto 79
Criança 108
Criança 110
Criança 102
Conclusões
Este projeto demonstra que é possível desenvolver
aparelhos relevantes para estudos através da utilização
de materiais de baixo custo. Além de conhecer o
princípio básico de funcionamento de cada processo dos
aparelhos atuais que possuem a mesma função.
Trabalhos futuros
O próximo passo será a montagem de um sistema
embarcado, para que pacientes possam utilizar o
aparelho no dia a dia enviando dados coletados através
de rede 3G para o acompanhamento e histórico clinico
do mesmo.
Referencias
[1] Arduino.
http://playground.arduino.cc/
[2] Banz, Massimo. Primeiros passos com Arduino, 2
(2011).
[3] Jquery.
jquery.com
[4] Torrees, Gabriel. Eletrônica para autodidatas,
Estudantes e técnicos, (2011).
Programar a placa
Arduino: Realizar a leitura e
programação logica, para que
os dados coletados sejam
tratados adequadamente.
O último passo é realizar o
tratamento destes dados
graficamente: Para realizar
esta parte pode se utilizar
qualquer plataforma de
interesse do desenvolvedor.
A codificação completa você
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  • 1. VII SEB File: Monitor de Pulso Cardíaco utilizando Arduino Resumo Este projeto demonstra uma técnica de medição da frequência cardíaca através do fluxo sanguíneo, captada através do dedo do paciente. Os dados coletados pela placa Arduino possibilita o monitoramento cardíaco do paciente. Palavras chaves Frequência cardíaca, Arduino, Monitoramento Cardíaco. Adilmar Coelho Dantas Universidade Federal de Uberlândia – Nutec LAB 1X05 adilmarcoelho@hotmail.com Hermes Gustavo Universidade Federal de Uberlândia – Nutec LAB 1X05 hermesneri@hotmail.com
  • 2. Introdução Este projeto demonstra uma técnica de medição da frequência cardíaca através do fluxo sanguíneo, captada através do dedo do paciente durante o bombeamento de sangue pelo coração. O circuito é relativamente simples e econômico, bastante similar a alguns utilizados recentemente. O grande diferencial está na comunicação Arduino, que permite que estes dados sejam tratados e até demonstrados graficamente para os usuários. Em adultos, o coração normal bate cerca de 60 a 100 vezes por minuto durante condição de repouso, o sistema consiste em analisar e monitorar estes batimentos em tempo real auxiliando na detecção de anormalidades. Os circuitos aqui desenvolvidos são bastante simples, mas similares aos modernos aparelhos que temos hoje, porém com materiais de baixo custo. Circuito O circuito é constituído de um sensor infravermelho, que transmite um sinal IR, no qual, parte do sinal atravessa a ponta do dedo do paciente, enquanto a outra é refletida pelas células sanguíneas do mesmo. Esse sinal refletido é captado por outro sensor; um fotodiodo. O volume de sangue bombeado pela pulsação promove uma variação no valor captado pelo fotodiodo. Como esse sinal é muito baixo é necessário um amplificador físico ou um software para tratar esse dado adequadamente. Assim, escolhemos a segunda opção. Veja na figura 1 o funcionamento ilustrativo e na figura 2 o esquema do circuito elétrico finalizado. Figura 1 Representação do Sistema Pulse Sensor Figura 2 Circuito elétrico Passo a passo para montagem do sistema Cortar uma PCB: Para cortar a PCB, corte do lado perfurado (no cobre ou lado de “solda”), remova 4 colunas de buracos, deixando 13 intactas. Base para o dedo: Pode ser utilizado um pedaço de PVC ou um adaptador para torneira. É necessário fazer dois furos para o encaixe dos sensores.
  • 3. Desenvolvimento Para o processamento dos sinais foi utilizado o Arduino, que é um circuito integrado de baixo custo e OpenSource que foi desenvolvido para projetos de eletrônica, entre outras áreas. Como o principal objetivo deste trabalho é montar um sistema simples e de baixo custo para monitoramento cardíaco escolhemos o Arduino. Abaixo, na figura 3 segue uma demonstração do primeiro protótipo para testes do circuito desenvolvido em protoboard. Figura 3 Esquema ilustrativo Programação – Software A programação do sistema foi realizada em DSL (domain specific language), uma linguagem baseada em C, com sintaxe similar. A programação consiste em ativar os sensores e realizar a leitura analógica do LDR responsável por captar os valores refletidos pela corrente sanguínea consequentemente enviados pelo IR (sensor infravermelho). Além disso, foi inserido um LED para ilustrar graficamente os batimentos cardíacos do paciente. Utilizando linguagens de programação para web foi possível desenvolver um sistema capaz de gerar gráficos em Desktops e dispositivos móveis em tempo real. O próximo passo será desenvolver um aplicativo móvel para pessoas com problemas cardiovasculares, cuja finalidade será a de alertar o paciente e o médico caso o equipamento detecte alguma anormalidade. Assim, o médico poderá acompanhar remotamente o estado cardíaco de seu paciente. Processamento gráfico dos sinais Os dados adquiridos e tratados pelo Arduino são gravados em uma seção para que eles possam ser processados em tempo real graficamente. Utilizamos uma biblioteca OpenSource (código aberto) para exibição dos dados. Esse sistema funciona em computadores e aparelhos móveis, como demonstrado na figura 4, abaixo. Figura 4 Execução em dispositivos móveis Soldar os pares emissor / receptor: Monte o circuito cuidadosamente, de acordo com o esquema. Soldar os resistores e os cabos de acordo com o circuito: Repare que conectamos um LED nesse circuito para que ele simule a pulsação cardíaca durante a coleta dos impulsos.
  • 4. Resultados Os primeiros resultados obtidos pareciam anormais. Assim, tivemos a seguinte ideia para testar se o software estava fazendo a leitura correta dos dados. Conforme foi dito anteriormente a frequência cardíaca em crianças é superior, decidimos então realizar testes em dois grupos de três pacientes, um deles formados por adultos entre 20 e 50 anos de idade e outro com crianças dentre 6 até 12 anos e obtivemos os seguintes resultados das frequências cardíacas conforme a tabela abaixo. Classificação Maior Frequência Registrada Adulto 98 Adulto 88 Adulto 79 Criança 108 Criança 110 Criança 102 Conclusões Este projeto demonstra que é possível desenvolver aparelhos relevantes para estudos através da utilização de materiais de baixo custo. Além de conhecer o princípio básico de funcionamento de cada processo dos aparelhos atuais que possuem a mesma função. Trabalhos futuros O próximo passo será a montagem de um sistema embarcado, para que pacientes possam utilizar o aparelho no dia a dia enviando dados coletados através de rede 3G para o acompanhamento e histórico clinico do mesmo. Referencias [1] Arduino. http://playground.arduino.cc/ [2] Banz, Massimo. Primeiros passos com Arduino, 2 (2011). [3] Jquery. jquery.com [4] Torrees, Gabriel. Eletrônica para autodidatas, Estudantes e técnicos, (2011). Programar a placa Arduino: Realizar a leitura e programação logica, para que os dados coletados sejam tratados adequadamente. O último passo é realizar o tratamento destes dados graficamente: Para realizar esta parte pode se utilizar qualquer plataforma de interesse do desenvolvedor. A codificação completa você encontra em https://github.com/Adilmar