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

encontra em

https://github.com/Adilmar