Desenvolvimento de modelo matemático para simulação de sinais de ECG variados e com afecções

Abstract

As doenças cardiovasculares são as principais causas de mortes no mundo na atualidade. Para a avaliação da saúde do coração e da atividade cardíaca, os equipamentos médicos eletrocardiógrafos e monitores cardíacos desempenham papel vital e os exames de eletrocardiograma (ECG) são imprescindíveis para a detecção e diagnóstico de doenças cardiovasculares, principalmente as arritmias cardíacas. Além disso, a calibração destes equipamentos com o auxílio de simuladores de sinais de ECG é importantíssima. Este trabalho consiste no desenvolvimento de um modelo matemático para simulação de sinais de ECG artificiais com variedade de amplitudes, flexibilidade de frequências cardíacas e multiplicidade de afecções e patologias fazendo o uso de funções senoidais de diferentes expoentes para representação das formas de ondas de sinais de ECG. O modelo desenvolvido foi capaz não só de construir as formas de ondas das 12 derivações de eletrocardiograma, como também de adaptar essas 12 derivações a diversos tipos de arritmias cardíacas e patologias. Com o desenvolvimento do modelo matemático, também foi desenvolvido um algoritmo em linguagem C gerador de pontos de função, que foi implementado na programação do microcontrolador Arduino UNO para verificar as formas de ondas geradas no gráfico da saída serial e as formas de ondas geradas por meio da saída analógica do microcontrolador Arduino UNO. O modelo matemático desenvolvido tem como base os requisitos requeridos pelas normas NBR IEC 60601-2-25 e NBR IEC 60601-2-27.

Cardiovascular diseases are the leading causes of death in the world today. For the evaluation of heart health and cardiac activity, medical equipment electrocardiographs and cardiac monitors play a vital role and electrocardiogram (ECG) examinations are essential for the detection and diagnosis of cardiovascular diseases, especially cardiac arrhythmias. In addition, the calibration of these equipment with the aid of ECG signal simulators is very important. This work consists in the development of a mathematical model for simulation of artificial ECG signals with variety of amplitudes, flexibility of heart rates and multiplicity of affections and pathologies making use of sine functions of different exponents to represent the waveforms of ECG signals. The developed model was able not only to construct the waveforms of the 12 electrocardiogram leads, but also to adapt these 12 leads to various types of cardiac arrhythmias and pathologies. With the development of the mathematical model, an algorithm in C language generator of function points was also developed, which was implemented in the programming of the Arduino UNO microcontroller to verify the waveforms generated in the graph of the serial output and the waveforms generated through the analog output of the Arduino UNO microcontroller. The mathematical model developed is based on the requirements required by NBR IEC 60601-2-25 and NBR IEC 60601-2-27.