O departamento de Biofísica ministra aulas práticas de ECG para alunos de Medicina e Biomedicina. Nestas aulas são usados geradores de ondas para examinar vários princípios do ECG. Os geradores de ondas usados atualmente estão obsoletos, em mal estado, e são perigosos por causa de fiação de 110 V mal isolada em gabinete de metal. Eles são difíceis para usar, com um procedimento complicado para visualização do valor da amplitude do sinal. Eles são limitados porque não produzem uma onda de ECG, mas uma onda senoidal, e eles produzem só um canal, e não permitem a visualização do formato da onda. Consequentemente, os ensinamentos adquiridos com o uso destes aparelhos parecem distante da prática médica. Propomos trocar estes aparelhos para geradores de ondas desenvolvidos por nós, os quais oferecem mais funções: eles produzem dois canais de ECG e assim permitem a avaliação de derivações diferentes e do eixo elétrico do coração, eles permitem a leitura direta do valor da amplitude do sinal e a visualização do formato da onda, e eles são seguros e muito mais fáceis para usar. Acreditamos que os aparelhos novos tornarão a aula prática muito mais interessante, relevante, e informativo. Planejamos construir 20 destes simuladores para permitir que a aula seja feita em grupos de 3 ou 4 alunos. Função e estrutura do estimulador: O simulador da atividade elétrico do coração é um gerador de ondas de dois canais, que pode produzir ondas guardadas na memória do aparelho. Ele pode produzir uma derivação horizontal (derivação I) e uma derivação vertical (aVF) do ECG. As duas ondas são aplicadas em uma folha de papel de filtração (24 cm diâmetro) embebido com salina, que mimetiza as características elétricas do corpo. A folha de filtração pode ser marcada com um triângulo de Einthoven, e com as derivações I – III e derivações aumentadas. O aparelho também possui um par de eletrodos para examinar a diferença de potencial entre quaisquer dois pontos no papel de filtração, e a onda resultante pode ser observada em uma tela LCD de alta resolução. A tela também mostra a amplitude do sinal em número, como um voltímetro. O aparelho tem memória suficiente para armazenamento de centenas de ECGs diferentes, além de ondas senoidais, e também pode produzir voltagens fixas. Os componentes principais do simulador são os seguintes: • Gerador de ondas: As duas ondas são geradas por uma placa com 4 conversores digital para analógico (Microchip MCP4728). Cada canal utiliza dois conversores, um que produz o sinal não invertido, e outro que produz um sinal invertido. A voltagem máxima produzido é de 3 V. A resolução é 1 mV. O sinal produzido é monitorado, e falta de compliância (curto circuito) é indicada na tela. • Medidor de ondas: Usamos 2 sondas para poder medir a diferença de potencial entre quaisquer 2 pontos da área de trabalho durante o ciclo cardíaco. Esta derivação é quantificada por um conversor diferencial analógico para digital (Texas Instruments ADS1015). • Tela: A onda é visualizada em uma tela LCD-TFT colorida de 74 x 49 mm, com 480 x 320 pixels, e baixo tempo de resposta. Na clinica, o eixo de tempo do ECG normalmente é 1 polegada/s. Com este eixo de tempo, cabem 2,9 s de sinal na tela, ou aproximadamente 3 ciclos cardíacos. Cada polegada da tela tem 167 pixels, suficiente para exibir o complexo QRS com boa fidelidade. O aluno pode mudar a velocidade com que o sinal passa na tela. • Um botão de controle (encoder rotativo) para congelar a imagem, para abrir o menu, e para selecionar uma opção do menu (tipo da onda produzida / velocidade do ECG / visualização normal ou vetorcardiograma). • Controle do sistema: um microcontrolador (Raspberry Pi Pico) controla os conversores AD e DA, a tela, e a chave de controle. O programa de controle pode ser atualizado facilmente (por USB). A memória relativamente grande deste microcontrolador permite a adição de rotinas novas e ECGs com característicos especiais. • A área de trabalho é uma placa de plástico de 30 cm de diâmetro, com um canal na borda para coleta de fluido (tábua para cortar pizza). Ela tem 4 pés com uma altura de ~1 cm. No centro da tábua há 4 eletrodos de estimulação (parafusos de latão com cabeça chata), separados por 4,5 cm. Os parafusos atravessem a tábua, e são conectados aos fios de estimulação, que passam embaixo da tábua. Uma folha de papel de filtração, 24 cm de diâmetro, embebido com salina 0,9% é colocado em cima dos eletrodos. A diferença na potencial elétrica entre dois pontos no papel molhado pode ser visualizada. • Para alguns experimentos precisamos um terminal de Goldberger, que faz contato com dois pontos do triângulo de Einthoven por resistores, e é usado para avaliar as derivações aumentadas: aVR, aVL, e aVF. Adicionalmente precisamos um terminal de Wilson, que faz contato com os três pontos do triângulo de Einthoven por resistores, e é usado para avaliar derivações unipolares. Exemplos de princípios do ECG que podem ser avaliados com o simulador: 1) O aluno pode confirmar a lei de Kirchoff, tanto com voltagem fixo, como com onda senoidal, como com sinal de ECG. Esta lei diz que a soma das voltagens em um circuito fechado é zero. Uma consequência desta lei é que o conhecimento de duas derivações permite o cálculo das outras derivações no mesmo plano. 2) O aluno pode avaliar o eixo cardíaco, colocando o eletrodo negativo no centro do triângulo de Einthoven, e passando o eletrodo explorador na borda da folha, identificando a região que produz um complexo QRS com maior amplitude. O eixo obtido pode ser comparado com aproximações usadas clinicamente para a avaliação do eixo elétrico. 3) O aluno pode colocar o eletrodo negativo no centro do triângulo de Einthoven, e procurar com o eletrodo explorador a região na borda da folha onde a onda P tem maior amplitude. Ele pode comparar o resultado com o resultado observado no modo de vetorcardiograma. 4) O terminal de Goldberger é útil porque permite avaliar aVR, aVL, e aVF sem o uso de eletrodos extras. O aluno pode verificar esta utilidade, comparando duas maneiras para fazer derivações unipolares: com o eletrodo negativo no terminal de Goldberger, ou diretamente no meio da linha entre os dois pontos no triângulo de Einthoven. 5) O aluno pode verificar que aVR, aVL, e aVF são aumentadas, comparando a amplitude do complexo QRS com o eletrodo negativo no meio do triângulo de Einthoven ou no meio da linha entre dois pontos no triângulo de Einthoven. 6) O aluno pode verificar que o terminal de Wilson é uma boa referência para as derivações unipolares, demonstrando que há amplitude muito pequena quando o eletrodo explorador é posto no centro do triângulo de Einthoven, e o eletrodo negativo no terminal de Wilson. Ele também pode verificar que a amplitude das derivações unipolares é o mesmo, usando como eletrodo negativo o centro do triângulo de Einthoven, ou o terminal de Wilson. 7) O aluno pode comparar ECGs feitos durante repouso e durante exercício físico em pessoa com aterosclerose. Ele pode identificar a região do miocárdio comprometido nesta pessoa. Há databases com ECGs com abnormalidades, e a memória do microcontrolador permite a armazenagem de centenas de ECGs que podem ajudar o aluno para melhorar sua interpretação do ECG.