Máquina EKG

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Antecedentes

Um eletrocardiograma (EKG ou ECG) é um dispositivo que registra graficamente a atividade elétrica dos músculos do coração. É usado para identificar batimentos cardíacos normais e anormais. Inventado pela primeira vez no início de 1900, o EKG (derivado do alemão electrokardiogramma) tornou-se um importante dispositivo de diagnóstico médico.

A função da máquina de EKG depende da capacidade do coração de produzir sinais elétricos. O coração é composto por quatro câmaras que constituem duas bombas. A bomba certa recebe o sangue que retorna do corpo e o bombeia para os pulmões. A bomba esquerda tira sangue dos pulmões e o bombeia para o resto do corpo. Cada bomba é composta por duas câmaras, um átrio e um ventrículo. O átrio coleta o sangue que entra e, quando se contrai, transfere o sangue para o ventrículo. Quando o ventrículo se contrai, o sangue é bombeado para longe do coração.

A ação de bombeamento do coração é regulada pela região do marcapasso, ou nó sinoatrial, localizado no átrio direito. Um impulso elétrico é criado nesta região pela difusão de íons de cálcio, íons de sódio e íons de potássio através das membranas das células. O impulso criado pelo movimento desses íons é primeiro transferido para os átrios, fazendo com que eles se contraiam e empurrem o sangue para os ventrículos. Após cerca de 150 milissegundos, o impulso se move para os ventrículos, fazendo com que eles se contraiam e bombeiem o sangue para longe do coração. À medida que o impulso se afasta das câmaras do coração, essas seções relaxam.

O uso de um EKG permite aos médicos medir a voltagem relativa desses impulsos em várias posições do coração. Os eletrocardiogramas são possíveis porque o corpo é um bom condutor de eletricidade. Quando um potencial elétrico é gerado em uma seção do coração, uma corrente elétrica é conduzida para a superfície do corpo em uma área específica. Eletrodos fixados ao corpo nessas áreas permitem a medição dessas correntes.

Os sinais elétricos medidos pelo EKG foram caracterizados e representam várias fases de um batimento cardíaco. Cada vez que o coração bate, ele produz três ondas distintas de EKG. O primeiro pulso que é visto é chamado de onda P. Mede o sinal elétrico gerado pelo marcapasso. O próximo pulso é o maior sinal e é chamado de complexo QRS. Este segmento do gráfico representa o sinal elétrico criado pelo relaxamento dos átrios e a contração dos ventrículos. Completando o ciclo está a onda T, que significa o relaxamento ou repolarização dos ventrículos. O som característico de um batimento cardíaco corresponde ao complexo QRS e à onda T.

Os EKGs fornecem dados úteis e podem ajudar a detectar vários problemas relacionados à função cardíaca. Uma determinação básica que pode ser feita com um EKG é a freqüência cardíaca, que pode ser determinada medindo a distância entre os picos. O diagnóstico de certos problemas médicos também é possível. Por exemplo, em pacientes com hipertensão, a amplitude do complexo QRS aumenta significativamente. O equilíbrio de certas substâncias químicas no corpo também pode ser detectado por um EKG, uma vez que a amplitude dos sinais está relacionada aos níveis de substâncias químicas no corpo. Danos no coração também podem ser observados por uma deformação na onda Q. A característica mais útil do EKG é sua capacidade de detectar e descrever arritmias ou batimentos cardíacos anormais. As máquinas de EKG conhecidas como monitores Holter são para essas detecções. Finalmente, os EKGs podem ser usados ​​para observar obstruções nas artérias. Isso normalmente é feito procurando um segmento deprimido entre as ondas S e T.

História

O desenvolvimento do EKG começou com a descoberta do potencial eletrônico do tecido vivo. Esse efeito eletromotriz foi investigado pela primeira vez por Aloysio Luigi em 1787. Por meio de seus experimentos, ele demonstrou que os tecidos vivos, principalmente os músculos, são capazes de gerar eletricidade. Posteriormente, outros cientistas estudaram esse efeito no potencial eletrônico. A variação do potencial eletrônico do coração batendo foi observada já em 1856, mas foi somente quando Willem Einthoven inventou o galvanômetro de corda que uma máquina de EKG prática e funcional pôde ser feita.

O galvanômetro de cordas era um dispositivo composto por uma corda grossa suspensa em um campo magnético. Quando a força da corrente do coração era aplicada a esse dispositivo, a corda se movia e essas deflexões eram registradas em papel fotográfico. A primeira máquina de EKG foi introduzida por Einthoven em 1903. Provou ser um dispositivo popular e a fabricação em grande escala logo começou em vários países europeus. Os primeiros fabricantes incluem Edelmann and Sons of Munich e Cambridge Scientific Instrument Company. O EKG foi trazido para os Estados Unidos em 1909 e fabricado pela Hindle Instrument Company.

As melhorias no projeto original da máquina de EKG começaram logo após sua introdução. Uma inovação importante foi reduzir o tamanho do eletroímã. Isso permitiu que a máquina fosse portátil. Outra melhoria foi o desenvolvimento de eletrodos que podiam ser fixados diretamente na pele. Os eletrodos originais exigiam que o paciente submergisse os braços e as pernas em potes de eletrodo de vidro contendo grandes volumes de uma solução de cloreto de sódio. Melhorias adicionais incluíram a incorporação de amplificadores, que melhoraram o sinal eletrônico, e instrumentos de escrita direta, que tornaram os dados do EKG imediatamente disponíveis. A máquina de EKG moderna é semelhante a esses modelos anteriores, mas microeletrônica e interfaces de computador foram incorporadas, tornando-os mais úteis e poderosos. Embora essas máquinas mais novas sejam mais convenientes de usar, elas não são mais precisas do que o EKG original fabricado pela Einthoven.

Matérias-primas

A máquina de EKG consiste em eletrodos, fios de conexão, um amplificador e um dispositivo de armazenamento e transmissão. Os eletrodos, ou condutores, usados ​​em uma máquina de EKG podem ser divididos em dois tipos, bipolares e unipolares. Os eletrodos de membro bipolar são usados ​​para registrar o diferencial de voltagem entre os pulsos e as pernas. Esses eletrodos são colocados na perna esquerda, no pulso direito e no pulso esquerdo, formando um movimento triangular do impulso elétrico no coração que pode então ser registrado. Ao contrário dos eletrodos bipolares, os eletrodos unipolares registram a diferença de voltagem entre um eletrodo de referência e a superfície do corpo à qual estão ligados. Esses eletrodos são colocados nos braços direito e esquerdo e nas pernas direita e esquerda. Além disso, eles são colocados em áreas específicas do tórax e são usados ​​para visualizar a mudança no padrão da atividade elétrica do coração.

São fabricados diversos modelos de eletrodos, incluindo placa, sucção, coluna de fluido e flexível, entre outros. Eletrodos de placa são discos de metal construídos em aço inoxidável, prata alemã ou níquel. Eles são presos na pele com fita adesiva. Os eletrodos de sucção usam um sistema de vácuo para permanecer no lugar. Eles são projetados com níquel ou prata e cloreto de prata e são acoplados a um compressor que cria o vácuo. Outro tipo de eletrodo, o eletrodo de coluna de fluido, é menos sensível ao movimento do paciente porque foi projetado para evitar o contato direto com a pele. O eletrodo flexível é mais útil para fazer leituras de EKG em bebês. É uma malha de aço inoxidável fino ou fio de prata com um fio condutor flexível anexado. O eletrodo se fixa à pele como uma pequena bandagem.



Os amplificadores de EKG são necessários para converter o sinal elétrico fraco do corpo em um sinal mais legível para o dispositivo de saída. Um amplificador diferencial é útil ao medir sinais de nível relativamente baixo. Durante um EKG, o sinal elétrico do corpo é transferido dos eletrodos para a primeira seção do amplificador, o amplificador de buffer. Aqui, o sinal é estabilizado e amplificado por um fator de cinco a 10. Segue-se uma rede eletrônica e o sinal das derivações unipolares é traduzido. Um pré-amplificador diferencial filtra e amplifica o sinal por um fator de 10 a 100.

As seções do amplificador que recebem sinais diretos do paciente são separadas do circuito de alimentação principal do resto da máquina de EKG por isoladores ópticos, evitando a possibilidade de choque elétrico acidental. O amplificador primário é encontrado no circuito de alimentação principal. Neste amplificador amplificado, o sinal é convertido em uma corrente adequada para saída para o dispositivo apropriado.

A forma mais comum de saída para máquinas de EKG é um registrador de tira de papel. Este dispositivo fornece uma cópia impressa do sinal de EKG ao longo do tempo. Muitos outros tipos de dispositivos também são usados, incluindo computadores, osciloscópios e unidades de fita magnética. Como os dados coletados estão na forma analógica, eles devem ser convertidos para a forma digital para uso pela maioria dos dispositivos eletrônicos de saída. Por esse motivo, o circuito primário do EKG normalmente tem uma seção de conversor analógico para digital embutida.

Várias outras peças são necessárias para completar a unidade de EKG. Como o sinal é transmitido fracamente através da pele para os eletrodos, geralmente é usada uma pasta de eletrólito. Esta pasta é aplicada diretamente na pele. É composto principalmente de íons cloreto que ajudam a formar uma ponte condutiva entre a pele e o eletrodo, permitindo uma melhor transmissão do sinal. Outros componentes incluem clipes de montagem, vários sensores e papéis térmicos.

O processo de fabricação

Os componentes de uma máquina de EKG são normalmente fabricados separadamente e, em seguida, montados antes da embalagem. Esses componentes, incluindo os eletrodos, o amplificador e o dispositivo de saída, podem ser fornecidos por fabricantes externos ou feitos internamente.

Eletrodos

• 1 O eletrodo mais comum usado para uma máquina de EKG é o eletrodo de prata e cloreto de prata porque o potencial do eletrodo desses eletrodos é estável quando exposto a tecido biológico. Os eletrodos são recebidos de fornecedores externos e verificados para ver se estão em conformidade com as especificações definidas. O tipo de eletrodo usado depende do modelo de EKG. Freqüentemente, vários tipos de eletrodos são fornecidos com uma máquina de EKG. Cada eletrodo contém um cabo blindado que pode ser conectado à unidade primária.

Eletrônica interna

• 2 Os componentes eletrônicos de um dispositivo de EKG são bastante sofisticados e usam o que há de mais moderno em tecnologia de processamento eletrônico. O amplificador e o dispositivo de saída são montados de maneira muito semelhante a outros equipamentos eletrônicos. Começa com uma placa que tem a configuração eletrônica mapeada. Essa placa é então passada por uma série de máquinas que colocam os chips, diodos, capacitores e outras peças eletrônicas apropriados nos locais apropriados. Quando concluído, ele é enviado para a próxima etapa de soldagem.
• 3 Os componentes eletrônicos são fixados na placa por uma máquina de solda por onda. As placas que entram nesta máquina são primeiro lavadas para remover quaisquer contaminantes. A placa é então aquecida usando o calor infravermelho. A parte inferior da placa é passada sobre uma onda de solda derretida que preenche os pontos apropriados por meio de ação capilar. À medida que o tabuleiro esfria, a solda endurece, mantendo as peças no lugar.

Dispositivo de exibição

• 4 Dependendo do tipo de dispositivo de exibição, o método de fabricação difere. Certos dispositivos, como gravadores de fita magnética e impressoras de papel, podem ser fornecidos por fabricantes externos. Outros componentes, como microprocessadores de computador, podem ser projetados e fabricados junto com os componentes eletrônicos internos primários.

Montagem final

• 5 Os componentes da máquina de EKG são montados e colocados em uma estrutura de metal apropriada. Os dispositivos acabados são então colocados na embalagem final junto com acessórios como eletrodos sobressalentes, papel para impressão e manuais. Em seguida, eles são enviados aos distribuidores e, finalmente, aos clientes.

Controle de qualidade

Para garantir a qualidade de cada dispositivo de EKG sendo fabricado, inspeções visuais e elétricas ocorrem em todo o processo de produção, e a maioria das falhas são detectadas. O desempenho funcional de cada dispositivo de EKG concluído é testado para garantir que funciona. Esses testes são feitos em diferentes condições ambientais, como calor e umidade excessivos.

A maioria dos fabricantes define suas próprias especificações de qualidade para as máquinas de EKG que produzem. No entanto, padrões e recomendações de desempenho foram propostos por várias organizações médicas e agências governamentais. Alguns fatores considerados importantes são faixas de sinal de entrada padronizadas, resposta de frequência, precisão do sinal de calibração e duração do registro.

O Futuro

No futuro, máquinas de EKG mais potentes e aprimoradas serão desenvolvidas. Essas máquinas utilizarão a mais recente tecnologia de computador, tornando o diagnóstico mais rápido e preciso. Eles serão mais poderosos e capazes de medir pequenos potenciais eletrônicos, como a freqüência cardíaca fetal. Eles também permitirão a construção de modelos tridimensionais do coração batendo, fornecendo aos médicos mais dados diagnósticos. Novas aplicações para máquinas de EKG também podem ser encontradas, como a recente aplicação de uma máquina de EKG para determinar a eficácia de medicamentos.

Uma inovação recente pode marcar uma nova direção no desenvolvimento de EKG. Uma empresa desenvolveu um monitor de EKG portátil que coleta dados que podem ser transmitidos diretamente pelo telefone. O paciente coloca os eletrodos embaixo de cada braço e conecta um transmissor ao bocal do telefone. O sinal é enviado para um centro de monitoramento, onde os computadores o convertem em leituras de EKG. Essas informações podem então ser transferidas para um médico, tornando possível detectar problemas cardíacos em alguns pacientes muito mais cedo.