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IA 748 Instrumentação Biomédica – Profa. Vera L. S. N. Button - DEB/FEEC/UNICAMP 1

INTRODUÇÃO À INSTRUMENTAÇÃO BIOMÉDICA

ÍNDICE

1. Generalidades

2. Sistema de Instrumentação Biomédico Generalizado2a) Variável de Medida2b) Transdutor2c) Processamento ou Condicionamento do Sinal2d) Apresentação dos Dados2e) Armazenamento dos Dados2f) Transmissão dos Dados2g) Realimentação e Controle2h) Fontes de Alimentação2i) Monitoração de Paciente

3. Modos de Operação do Instrumento Biomédico3a) Invasivo ou Não3b) Direto ou Indireto3c) Amostrado ou Contínuo3d) Transdutor Gerador ou Modulador3e) Analógico ou Digital

4. Restrições das Variáveis Biológicas

5. Critérios e Especificações Generalizadas para o Projeto de umEquipamento Biomédico5a) Introdução5b) Etapas do Projeto de um Equipamento Biomédico5c) Especificações Generalizadas

c.1. Especificações da Entrada e do Transdutorc.2. Especificações de Processamento do Sinalc.3. Especificações de Saídac.4. Especificações de Desempenhoc.5. Especificações Físicas

5d) Amplificadores de Biopotenciais


INTRODUÇÃO À INSTRUMENTAÇÃO BIOMÉDICA

1) GENERALIDADES:

• A instrumentação biomédica é desenvolvida para medir parâmetrosmédicos e fisiológicos. Com o progresso ocorrido na instrumentaçãobiomédica no último século, é possível:

♦ diagnosticar patologias desde os estágios iniciais

♦ acompanhar a evolução de estados patológicos

♦ monitorar pacientes

♦ pesquisar sistemas biológicos de maneira qualitativa (morfologiado EEG, intensidade da resposta à aplicação de um estímulo)

♦ pesquisar sistemas biológicos de maneira quantitativa (porexemplo, quantidade de chumbo no organismo ou a porcentagem detecido adiposo na constituição física)

♦ tratar patologias, modificar e atuar em tecidos biológicos de for-ma seletiva (marcadores químicos selecionam determinadas célulaspara serem atacadas por um fármaco específico; aplicação de raioslaser numa lesão localizada, etc)

♦ prevenir patologias (exames preventivos – pressão sanguínea,níveis de glicose, triglicérides, colesterol, pressão intraocular, etc – eprocedimentos adequados, evitam a instalação de patologias graves)

• A instrumentação biomédica se distingue de instrumentaçãopara outros fins devido a inúmeras diferenças básica, como porexemplo:

♦ o sinal a ser medido (em geral) se origina de tecido vivo ou deenergia aplicada a tecido vivo

♦ faixa de freqüência dos sinais a serem medidos (faixa de áudioou menor, inclusive com componentes DC)


♦ pequena amplitude dos sinais (em geral os sinais possuemamplitudes entre alguns microvolts e centenas de milivolts)

♦ fragilidade e complexidade das células ou tecidos

♦ proteção contra choque elétricos (macro e micro, tanto para oobjeto de medida, quanto para o operador)

♦ caráter não crítico de exatidão (faixa de tolerância de um dadoparâmetro devido à variabilidade entre indivíduos)

♦ dificuldade em alguns de acesso ao local de medida

♦ proteção para paciente e operador, contra radiação econtaminação

• Interação Homem/máquina

♦ Como resultado da crescente complexidade dos equipamentosbiomédicos, também aumentou a demanda de atenção dos médicos eda equipe que opera os instrumentos e não se deve permitir que asnecessidades do paciente se tornem secundárias.

♦ O pessoal médico geralmente tem pouca familiaridade em lidarcom sistemas técnicos complexos, havendo riscos dos equipamentosnão serem comandados adequadamente, reduzindo a qualidade e aconfiabilidade de um dado procedimento. Se houver problemas nainteração homem/máquina, o desempenho esperado do sistema –incluindo equipamento, médico e paciente – não é alcançado.

♦ Portanto, o projeto da interação entre pessoal médico eequipamento biomédico é crucial para a boa utilização do instrumento,e da eficiência de sua aplicação ao cuidado do paciente.


2) SISTEMA DE INSTRUMENTAÇÃO BIOMÉDICA GENERALIZADO

Aplicação deEnergia paradiagnóstico,estimulaçãoou tratamento

Elemento Sensor primário

Elemento deconversãoo

Processamen-to do sinal ou dados

Apresentaçãoda informação

Armazenamento de informação

Transmissão deinformação

Sinal decalibração

Fontes de alimentação

Realimentação e controle

Alarmes

A instrumentação biomédica capta avariável, faz a transdução, amplifica,filtra, armazena, transmite e visualiza avariável medida e também interage como tecido, tanto para possibilitar arealização da medida, quanto paraaplicar o tratamento.

va ri ável

TRANSDUTOR

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2.a) Variável de Medida:

•• Quantidade, condição ou propriedade física que é medida pelosistema de instrumentação. Na Tabela I são mostradas as variáveiscomumente medidas na UTI (Unidade de Terapia Intensiva)

Tabela I. Principais variáveis biomédicas monitoradas porequipamentos comerciais na UTI

Variável medida DescriçãoECG eletrocardiograma Forma de onda da atividade elétrica

do coraçãoHT taxa cardíaca No. de batimentos/min do coração

Segmento ST Medida específica da atividade cardíacaArritmia Medida derivada do ECG

Análise do sangue Gases dissolvidos e eletrólitosTEG tromboelastograma Mede fatores trombolíticos do sangue

TEE ecocardiografia transesofageal Imagem ultra-sônica do coraçãoNIPB pressão sanguínea não-invasiva Pressão medida com esfigmomanômetro

BP pressão sanguínea invasiva Pressão sanguínea venosa central, arterial,da artéria pulmonar, medida com transdutor

inserido num vasoSaO2 saturação de O2 no sangue Mede quanto hemoglobina é

carregada pelo sangueCO saída cardíaca Mede fluxo sanguíneo sistêmico

Tidal final: CO2(ETCO2)AA Agente anestésico

Nitrogênio

Volume percentual de CO2 exaladoVol. percentual de AA exalado

Vol. percentual de nitrogênio exaladoO2 inspirado

AAN2O óxido nitroso

Volume percentual de O2 inspiradoVolume percentual de AA inspiradoVolume percentual de N2O inalado

Taxa respiratória No de inspirações e expiraçõesEEG eletroencefalograma Forma de onda da atividade elétrica

do cérebroEMG eletromiograma Medida da atividade elétrica dos

músculosPotenciais evocados Medida da resposta neurológica a

estímulostemperatura Medida interna ou externamente


•• As variáveis podem ser:

Internas: requerem métodos invasivos para medição direta (exemplo: pressão sanguínea, débito cardíaco/método da diluição,

obtenção de imagnes de partes do corpo por raio-X, ultra-som, RNM)

Externas: as variáveis externas podem ser medidas não-invasivamente (exemplo; potenciais bioelétricos de superfície, como o EEG e o ECG)

Que emanam do corpo: como a radiação infra-vermelha que emana daspartes mais aquecidas do corpo

(exemplo: termografia)

Obtidas a partir de amostras do corpo: estas variáveis são medidas emamostras retiradas do corpo

(exemplo: sangue, urina, saliva, biópsia de pólipo)

•• As variáveis a serem medidas podem ser agrupadas em 8categorias:

(1) potencial bioelétrico (EEG, ECG, EOG, EMG, ERG)(2) pressão (arterial, intraocular, intracraniana)(3) deslocamento (velocidade, aceleração, força (musculatura)(4) impedância elétrica (impedância transtoráxica)(5) temperatura (corpórea, timpânica)(6) concentrações químicas (gasometria, dosagem de

hormônios)(7) dimensões (circunferência craniana e toráxica de feto, para

avaliar idade gestacional)(8) Fluxo (de sangue com ultra-som Doppler; de urina –

urodinâmica mede o fluxo de urina através da uretra paradetectar possível estenose causada por hipertrofia depróstata; de ar dos pulmões)

2.b) Transdutor (elemento sensor primário e elemento deconversão)

• É um dispositivo que converte uma forma de energia em outra(geralmente elétrica) para fins de registro e processamento

• Requisitos do transdutor ideal- responder somente à energia da variável a ser medida- não alterar o estado da variável sendo medida, (em outras

palavras, não fornecer nem retirar energia do sistema.


2.c) Processamento do Sinal

• Os circuitos de condicionamento do sinal são usados paraamplificar, filtrar, digitalizar, retificar, enfim tratar a informação captadapara ser exibida ao usuário, para ser transmitida ou ainda armazenada

• No processamento estão incluídos todos os tipos de dispositivos(equipamentos) eletrônicos, desde circuitos amplificadores até oscomputadores digitais

2.c) Apresentação dos Dados

• Serve como interface entre o processamento e o operador. Podeser um CRT, display alfa-numérico, terminal de computador, impressora,etc

• Normalmente produzem informação visual ou auditiva. Os dadospodem ser apresentados de maneira contínua, discreta, alfa-numéricaou gráfica, permanete ou só quando requisitados

• AAMI 1993: estabelece normas para disposição de controles eforma de display, para que o operador/usuário possa controlar/utilizar osdados

Opcionais

2.e) Armazenamento de dados

• os dados podem ser armazenados brevemente, durante ocondicionamento dos sinais, ou para permitir que o operador doinstrumento biomédico revise os dados, por exemplo, anteriores aoacionamento do alarme de um monitor cardíaco.

• os dados também podem ser armazenados antes de passarem pelocondicionamento, para serem submetidos a diferentes esquemas deprocessamento, que permitam a extração de novas informações, comono caso de um exame radiológico digital. Na figura 1 são mostradosdiversos processamentos a que uma medida pode ser submetida.


(a)

(b)

(c)

Figura 1. Exemplos de várias formas de apresentação dos dadosrelativos à pressão arterial sistêmica (SAP) – sistêmica (sys), média(mea) e diastólica (dia) – obtida num período de 1 hora. (a) dados fonte;(b) dados submetidos à filtragem; (c) regressão linear.

• Os dados podem ser armazenados no próprio equipamento e/outransferidos para um banco de dados central.


2.f) Transmissão de dados

• Transferência de sinais e dados do paciente para centrais deprocessamento e/ou monitoração. Pode utilizar comunicação por cabos,redes de computadores, fibras ópticas, ligação por rádio, telefone, PACS(Picture Archiving Communications Systems), etc.

2.g) Realimentação e Controle

• São circuitos ou dispositivos utilizados para controlar a aquisição dainformação (ajustar ganhos, faixa de freqüência ou níveis de energia),ou seu direcionamento na cadeia de processamento.

• Sistemas complexos podem incluir processamento computacionalconsiderável para administrar a captação simultânea de sinais de váriospacientes

• Podem ser automáticos ou manuais.

2.h) Fontes de Alimentação

• Servem para prover energia para toda a instrumentação. Devemconsiderar aspectos como autonomia, opeso, qualidade de energiafornecida (ripple, flutuação, ruídos de linha).

• Importante item de segurança elétrica de um instrumento biomédico.

2.i) Monitoração e gerenciamento de Paciente

• Monitoração significa interpretar dados de entrada para reconhecercondições de alarme

• Gerenciamento implica em tomada de decisão sobre possíveisintervenções num sistema de monitoração

• Na figura 2 mostra-se a representação de um processo demonitoração genérico


Figura 2. Diagrama em blocos de um processo de monitoração genérico.

- o conhecimento prévio sobre o Sistema induz a certasexpectativas sobre seu desempenho, ou sobre a Medida, em termos devariáveis finitas, que formam o Quadro do Sistema.

- condições de Alarme são identificadas quando há discrepânciana Análise em curso. Neste caso, uma Intervenção é necessária, 4dependendo do caso, será direcionada ao próprio Sistema monitorado,ou há outros blocos do processo de monitoração.

Exemplo: monitoração de paciente com bradicardia

Sistema: paciente cardíaco

Variável: ECG

Medida: realizada detectando e amplificando o potencial cardíaco ecalculando a freqüência cardíaca (HR)

Análise: verificar se HR está diminuindo

Alarme: será acionado se a HR cair abaixo de um dado valor conhecido;se um dos eletrodos ou cabos se desconectar; ou se houver ruídoexcessivo

Intervenções: as intervenções podem ser na forma de medicação dopaciente, modificação do alarme, rejeição de ruído ou ajuste do eletrodo

Intervenções

AlarmesQuadro do sistema

Análises MedidaSistema

Variáveis


• Situações mais graves como:

- paralisia temporária do centro nervoso da respiração,resultando em asfixia e lesão cerebral;

- insuficiência renal, que leva a envenamento do sanguepor retenção dos constituintes da urina (uréia ematabólitos nitrogenosos);

- anestesia cirúrgica (situação em que drogas potentesmodificam o equilíbrio interno do corpo; e

- infarto do miocárdio (leva a falhas circulatórias e arritmiasfatais),

necessitam de um sistema de monitoração crítica, do qual apresenta-seum esquema na figura 3.

Figura 3. Elementos de um ambiente de gerenciamento e monitoraçãode pacientes.

Neste tipo de sistema, um ambiente onde o tempo para tomada dedecisão é crítico, pode-se usar Instrumentação Inteligente (II) ouBaseada em Conhecimento, que permite maior autonomia e melhora ainteração homem/máquina. No projeto de II utilizam-se técnicas deInteligência Artificial.

Ajustes dos Instrumentos

DrogasEquipamento de suporte de vida

Enfermeiras

MédicosPaciente

Amostras para exames laboratoriais

Sinaisleituras

Observações clínicas

Açõesterapêuticas

Sistema demonitoração do paciente

Dados diversos sobre o paciente


3) Modos de operação do Instrumento Biomédico

3.a) Invasivo ou não

• o modo invasivo requer procedimento cirúrgico (invasão ouagressão ao tecido). Sempre que possível os métodos nã0-invasivos dediagnóstico e terapia são preferíveis (mais simples e baratos)

• pode-se contornar utilizando métodos indiretos, mas geralmentecom custos e complexidade maior

Exemplos: ECG (não-invasivo);

débito cardíaco (invasivo)

3.b) Direto ou Indireto

• se a variável a ser medida for acessível (por método invasivo ounão) pode-se medi-la diretamente. Caso contrário, precisa-se descobriroutra variável que seja relacionada (de maneira conhecida) a ela eacessível para medição

Exemplos: pressão arterial medida via catéter (invasiva direta) oucom esfigmomanômetro (não-invasiva indireta);

volume pulmonar determinado a partir das variaçõesde impedância toráxica (pletismografia, não-invasiva, indireta)

3.c) Amostrado ou Contínuo

• se a variável a ser medida varia lentamente, pode-se tomarmedidas esporádicas. Se for muito dinâmica, ou com risco maior àsaúde do paciente, deve ser monitorada continuamente

Exemplos: temperatura e concentração de íons (lentas);

batimento cardíaco e ECG (rápidas)


3.d) Transdutor Gerador ou Modulador

• o transdutor gerador usa a energia da variável a ser medidapara produzir o sinal de saída;

• o transdutor modulador usa a fonte de energia externamodulada pelo sinal de entrada para produzir o sinal de saída

Exemplo: célula fotoelétrica (gerador): produz uma tensão elé-trica de saída relacionada à sua irradiação, sem adição de energiaexterna;

fotoresistor (modulador): para medir a variação de re-sistência provocada pela irradiação, é preciso aplicar energia aosensor

3.e) Analógico ou Digital

• os sinais que carregam a informação da medida são:

analógicos: significando contínuos e capazes de assumirqualquer valor dentro de uma faixa dinâmica;

ou

digitais: ou seja, discretos e podem assumir um númerofinito de valores diferentes.

• embora a maioria dos transdutores usados em instrumentaçãobiomédica sejam analógicos (as grandezas biomédicas são analógicas),utilizam-se freqüentemente equipamentos digitais para o processamentodos dados

• displays digitais são mais fáceis de ler, e possuem maiorprecisão e estão presentes na maior parte dos equipamentos médicos

• displays analógicos e sonorizadores são entretanto preferidospelos operadores para controlar/monitorar sinais que variamrapidamente, ou cujo valor absoluto tenha pouca importância ( o queimporta neste caso é que a variável fisiológica esteja dentro de umacerta faixa de valores conhecidos)

• o aumento da utilização do processamento digital de sinais exigiua utilização de conversores A/D e D/A para interfaceamento dos


transdutores analógicos com computadores digitais e destes com osdisplays analógicos.

• existem sensores digitais indiretos, cujos sensor primário éanalógico e os elementos de saída fazem a cinversão A/D da variávelmedida

• há também sensores quase-digitais, que apresentam pulsos desaída com freqüência ou duração variáveis, que são facilmenteconvertidos em sinal digital

4) Restrições da Variáveis Biológicas

• Faixa de variação de amplitudes• Faixa de freqüências• Variabilidade inerente ao ser vivo

• As variáveis biológicas raramente são determinísticas. Elas podemvariar com o tempo mesmo quando os fatores de controle são fixados.Podem também variar de um paciente para outro devido à variabilidadeentre indivíduos, tanto internamente, desde os níveis celulares, quantoexternamente.

• As faixas de amplitude (muito pequenas, µV a mV) e de freqüência(desde DC até algumas dezenas de Hz) típicas das variáveisbiomédicas, são os principais fatores que afetam o projeto dos circuitoseletrônicos componentes dos equipamentos biomédicos.

• A maioria das medidas biomédicas dependem de se aplicar algum tipode energia ao tecido vivo, e os níveis seguros são difíceis de seestabelecer.

• Na Tabela II apresenta-se para algumas variáveis biológicas as faixastípicas de variação de valores e de freqüência, bem como o método detransdução de cada medida.


TABELA II

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5. CRITÉRIOS E ESPECIFICAÇÕES GENERALIZADASPARA O PROJETO DE UM EQUIPAMENTO BIOMÉDICO

5a) Introdução

• Um dos objetivos da Engenharia Biomédica é contribuir para o aprimoramentoe desenvolvimento de novas tecnologias para reduzir os custos dos tratamentos desaúde, tornando-os mais eficazes e acessíveis à população.

• O desenvolvimento de Instrumentação biomédica envolve profissionaismultidisciplinares: médicos, biólogos, engenheiros (eletrônicos, mecânicos, civis, demateriais), físicos, químicos, profissionais de Ciências da computação, entre outros.Um bom exemplo é o marca-passo cardíaco, que envolve eletrônica, tecnologia decircuitos integrados de baterias longa-vida e de sensores, ciências dos materiais,informática, medicina, etc.

• A restauração das funções e da independência do paciente é o critério maisimportante na pesquisa e aplicação de novas tecnologias para desenvolverequipamentos e tratamentos de saúde. Na Tabela III apresenta-se um resumo daparticipação da Instrumentação Biomédica na prevenção, diagnóstico, tratamento ereabilitação em alguns dos principais problemas de saúde. Nesta tabela não estãoincluídos os equipamentos utilizados para exames laboratoriais nem osequipamentos de UTI e Centro Cirúrgico(bisturí elétrico, oxímetro, respiradorartificial, sistema de anestesia, monitor cardíaco, esfigmomanômetro, desfibrilador,etc).

TABELA IIIParticipação da Instrumentação Biomédica nos Principais

Problemas de SaúdePrevenção Diagnóstico Tratamento Reabilitação

Diabetes SensoresÓpticos

Bomba Implantável,Sensores de

Glucose

Cancer Mamografia Raio-X, CT, US,MRI, Medicina

Nuclear, SensoresÓpticos

Cirurgia, Laser,Terapia de

Radiação, SensoresÓpticos

Próteses

Saúde Mental EEG, MedicinaNuclear, PET,

Biomagnetismo,MRI

Cirurgia,robótica

DoençasCardiovascular

es

ECG, Pressãosanguínea

Angiografia Digital,US, MRI, CT, ECG

(Holter), PET

Angioplastia,Oxigenadores, Laser,Bomba de Circulação

extra-corpórea,Cirurgias Minimamente

Invasivas

Válvulas Artificiais,Marca-passos

(externo eimplantável),

Coração Artificial

Traumas/Lesõesda Medula

RX, CT, MRI,US

Cirurgia Próteses, FES

Insuficiênciarenal

Pressão Sanguínea RX, CT, MRI,US

Rim Artificial,Transplante Renal

AIDS Nenhumequipamento

específico, somentepa

ra diagnosticar etratar

doençasdecorrentes


• Instrumentação Biomédica inclui grandes equipamentos para diagnóstico eterapia (por exemplo PET – Positron Emission Tomography, MRI – MagneticRessonance Imaging, Equipamentos para Terapia por Radiação, Microscópioscomplexos); equipamentos de tamanho médio (US – Ultra-Som, ECG, EEG, EMG,Potencial Evocado); próteses passivas e ativas implantáveis (válvulas cardíacas,marca-passo); e também equipamentos de monitoração de pacientes, de diálise epara exames de laboratório.

• A operação de instrumentos no ambiente médico impõe restriçõesimportantes.

• Os equipamentos devem ser confiáveis, fáceis de operar e capazesde agüentar esforços físicos e exposição a produtos corrosivos.

• Equipamentos eletrônicos devem ser projetados para minimizar operigo de choques elétricos.

• A segurança do paciente e do pessoal médico deve ser considerada em todos osestágios do projeto e teste dos instrumentos.


5b) ETAPAS DO PROJETO DE UM EQUIPAMENTO BIOMÉDICO

Variável a ser medida

Consideraçõessobre o sinal

Considerações sobreo ambiente

Consideraçõesmédicas

Consideraçõeseconômicas

• Sensibilidade• Faixa• Entrada absoluta ou diferencial• Impedância de entrada• Resposta em freqüência• Exatidão• Linearidade• Confiabilidade

• Estabilidade: temperatura, umidade, pressão, vibração, etc.• Dimensões, forma, peso• Razão sinal/ruído• Consumo de energia

• Invasivo ou não• Segurança elétrica• Radiações e dissi- pação de calor• Conforto do paciente• Toxicidade do material• Requisitos da interface tecido / transdutor

• Custo• Volume de vendas (fator de escala)• Compatibilidade com equipamentos existentes• Garantia• Disponibilidade

Projeto inicial Testes doprotótipo

Projetofinal

Aprovação eregistros emórgãoscompetentes

Produção,Vendase serviços pós-vendas


5c) Especificações

c.1. Especificações da Entrada e do Transdutor:

• Bom conhecimento da variável de entrada

• Modo diferencial ou absoluto (vide figura 4)

• Rejeição de modo comum:

(para a modalidade diferencial pode depender da freqüência)

• Faixa de operação

• Faixa de sobrecarga (sem danos ao instrumento)

• Tempo de recuperação de sobrecarga

• Sensibilidade

• Impedância de entrada

• Princípios de transdução

• Tempo de resposta a transitórios

- constante de tempo mais prevalente

- amortecimento e freqüência natural

- resposta em freqüência

• Excitação do transdutor modulador (energia para o transdutor)

• Isolações (elétrica, térmica, radiações, etc.)

• Dimensões físicas (incluindo o método de acoplamento do transdutor ao tecido)

• Cuidados especiais (se houver)

CMRR = Gd / Gmc


c.2. Especificações de Processamento do Sinal

• Método de processamento (circuitos, software)

• Compensação (para funcionamento linear)

• Supressão de zero (ajuste de off-set)

• Filtragem

• Capacidade de “interfacear” com outros instrumentos

c.3. Especificações da Saída

• Variável de saída: tensão ou corrente (analógico ou digital)

• Faixa linear e saturação

• Potência de saída

• Impedância de saída

• Velocidade dos dispositivos de saída

c.4. Especificações de Desempenho

• Exatidão global

• Reprodutibilidade

• Nível tolerado de não linearidade

• Razão sinal / ruído

• Suscetibilidade a interferências

• Estabilidade (variação da saída: temperatura, umidade, vibração, tempo)

• Vida de operação (ou vida útil): tempo mínimo de utilização sem alteração dasespecificações.

• Confiabilidade: tempo médio entre falhas (MTBF) → implantes


Figura 4. Exemplo de captação de biopotencial em modo

diferencial.


c.5. Especificações Físicas e Outras:

• Consumo de potência

• Circuitos de proteção (paciente e usuário): norma NBR/IEC-601.1

• Testes efetuados para satisfazer a legislação

• Condições ambientais para operação e/ou armazenamento

• Montagem (rack, bench-cabinet, montagem para uso portátil)

• Dimensões (ergonomia), peso

• Acabamento, resistência à corrosão

• Acessórios e opcionais

• Materiais de consumo necessários (papel, substâncias químicas, descartáveis)

• Garantia (conjunto completo, partes, software, pro-rata temporis)

• Serviço de manutenção e reposição de partes

5d) Amplificadores de Biopotenciais

Características que definem um Amplificador de Biopotencial:

• Ganho (Fator de Amplificação)

• Baixo – ∼ 10x, usado por exemplo com potencial de ação, que temamplitudes da ordem de 102 mV

Ganho unitário: para isolação e casamento de impedâncias

• Médio – ∼ 100x, usado por exemplo com ECG, EMG, que têm amplitudes da ordem de mV

• Alto – ∼ 1000x, usado por exemplo com EEG e potenciais evoca dos, que têm amplitudes da ordem de µV


• Resposta em Freqüência

• Freqüência mínima- Acoplamento de corrente contínua (DC), sinais com variação muito

lenta- Acoplamento de corrente alternada (CA), por exemplo, sinais com

freqüência de 0,05Hz• Freqüência máxima

– tipicamente 10kHz– resposta em freqüência ajustável para rejeitar componentes

indesejáveis• Faixa de freqüência

- a faixa de –3dB do ganho de freqüência média deve conter ascomponentes em freqüência do sinal medido

• Deriva Térmica

• o amplificador deve ter compensação/proteção contra “drift” ou deriva térmica, uma modificação indesejável do sinal de saída por alteração do ganho causado por variação de temperatura

• Impedância de Entrada

• Tipicamente devem apresentar um valor pelo menos 10x ao da impedância da fonte do sinal (biopotencial)• As fontes de biopotenciais apresentam impedância da ordem de 102 a

106Ω• amplificadores com tecnologia FET apresentam Zin ∼ 1012 – 1014Ω

• Ruído

• gerado pelos componentes do circuito• contaminação de outros biopotenciais• sinal espúrio tratado junto com o sinal de entrada• os que não forem rejeitados pelo circuito, devem ser eliminados por circuitos de filtragem do sinal

Na Tabela IV são apresentados alguns parâmetros de amplificadoresoperacionais de uso geral e com aplicação em Instrumentação Biomédica.


Tabela IV - COMPARAÇÃO ENTRE CARACTERÍSTICAS DE AMP OPs

741amp op deuso geral

725amp op de

instrumentação

LH0036amplificador

de instru-mentação

LH0038amplificador deinstrumentação

CMRR(<200Hz)

70 a 90 dB 100 - 115 dB 100 dB(<100Hz)

94 - 120 dB

Rin 0,3 - 3 MΩ 1,5 MΩ 300 MΩ 5 MΩRout - 0,5 Ω 0,5 Ω 1 mΩ

Vioffset 2 - 6 mV 2 mV 0,5 - 2 mV 25 - 220µVBW 1,5 MHz 350 kHz 350 kHz -

SR (V/µs) 0,5 0,3 0,3 0,3Power Supply

(V)+/- 18 +/- 3 - +/- 22 +/- 1 - +/- 18 +/- 5 - +/- 18

Avcl 20 - 200 250 - 3000 1 - 1000,programável

com 1 resistor

100 - 2000,ajustável

externa/e jumpsentre pinos

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