ALS-Sence: sistema de aquisição e processamento de electromiogramas para pacientes com ALS

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Eletrónica e Computadores

A realização desta dissertação enquadra-se no âmbito das aplicações da eletrónica e telecomunicações à medicina. No seguimento de uma colaboração com o Hospital Santa Maria (HSM) e o Instituto de Medicina Molecular (IMM) surgiu a necessidade de desenvolver um sistema para aquisição, processamento e transmissão de sinais biomédicos para efeitos de monitorização de doentes com Esclerose Lateral Amiotrófica (ELA). O projeto focou-se na medição de sinais mioeléctricos e de concentração de oxigénio no sangue. O objetivo centrou-se em desenvolver um modelo de dispositivo em que o mesmo hardware fosse utilizado para medir vários sinais recorrendo à reconfiguração de circuitos analógicos de acondicionamento de sinal. Inicialmente, realizou-se um estudo acerca das diversas soluções e modelos disponíveis no mercado e optou-se pela tecnologia PSoC®. O principal objetivo dos sistemas analógicos reconfiguráveis é aumentar a produtividade, reduzindo o tempo, o custo no desenvolvimento de novos sistemas e, ainda facilitar alterações com o mínimo impacto no sistema em execução. No entanto, em circuitos analógicos mais complexos ainda apresentam algumas limitações quando comparados com sistemas analógicos implementados com eletrónica discreta (clássica), nomeadamente no número de componentes disponíveis num único integrado. Apesar disso, pode ser bastante vantajoso na utilização sistemas de acondicionamento de sinal, de complexidade não muito elevada e com frequências de operação relativamente baixas como no caso dos sinais biomédicos. Foram realizados duas implementações no PSoC®: sensor de mioelétrico e sensor de oximetria. Nas duas implementações os sinais recebidos pelo PSoC® são sinais analógicos filtrados, amplificados e retificados. Após o acondicionamento de sinal são convertidos para o domínio digital e guardados num cartão de memória. Posteriormente, servem para análise por parte do médico. Os dados guardados no cartão de memória podem ser enviados através de bluetooth para um computador sem haver a necessidade de retirar o cartão de memória. Os resultados obtidos das experiências efetuadas confirmaram que através de uma escolha criteriosa de circuitos programáveis e componentes externos é possível desenvolver um dispositivo compacto e flexível para a aquisição dos dois sinais biomédicos pretendidos.

Abstract: The purpose of this thesis is the development a biosignal acquisition system based on digital and analog programmable components embedded on Chip. The biosignal acquired should be useful for monitoring patients with Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS). The measurements include the myoelectric signal, level of myoelectric signal and the level of oxygen concentration in the blood. The main focus was the development of a system where with the same hardware is used to register different types of biomedical signal using the reconfiguration of analog circuit. After a study about different types and models available on the market, PSoC® was chosen. The main objective of the reconfigurable analog system is to increase the productivity by reducing the time and the cost of developing new systems and changes with minimal impact on the system. In spite of that in more complex analog circuits they have some limitations compared to analog systems implemented with discrete electronic components. The limitations are related with the number of components available inside one integrated circuit. However, it can be very advantageous and fast-prototyping in particular with biomedical signals. Two applications were implemented with PSoC®: pulse oximeter and myoelectric sensors. In this two implementations the analog signal was filtered, amplified and rectified. After these steps, the signal was converted to the digital domain and stored on a memory card. Data stored on the memory card can be sent via Bluetooth to a computerso there is no need to remove the memory card. The results of experiments have confirmed that by careful choice of programmable circuits and external components it is possible to develop a compact and flexible device for acquiring the two desired biomedical signals.