Projeto e desenvolvimento de hardware flexível para aquisição de biosinais elétricos com enfoque em eletromiografia de superfície baseado no componente ADS1299

Abstract

Vem se mostrando aparente uma crescente demanda por um aparelho flexível, capaz de adquirir sinais mioelétricos para experimentos científicos em que maior conhecimento e controle da plataforma garantem resultados de acordo com comportamento ajustável selecionado. Para preencher essa lacuna, foi desenvolvido nesse trabalho um hardware compacto para ser utilizado no campo de eletromiografia de superfície (sEMG). O sistema foi projetado, fazendo uso do integrado ADS1299, para adquirir sinais mioelétricos em até oito canais simultaneamente, com taxa de aquisição de dados de 1000Hz e −110dB de rejeição de modo comum (CMRR). A flexibilidade de tal hardware é garantida através das dimensões reduzidas, 10cm x 10cm, da possibilidade de ser usado na implementação de um sistema portátil, e de um simples protocolo de comunicação feito através de 5 pinos de gerenciamento e 4 pinos dedicados a interface SPI. Tal escolha permite que o eletromiógrafo desenvolvido possa ser acessado por qualquer hardware que possua esses recursos disponíveis. Seguindo a tendência open-source, procurou-se estabelecer tal gerenciamento utilizando a plataforma Arduino DUE e, implementou-se a interface com usuário utilizando um programa criado especificamente para necessidade vigente, agora hospedado com código aberto em <https://github.com/agostini01/SerialGraphPlot>. Após rotina de experimentos obteve-se amplitude do ruído interno de 1, 9μV , erro de linearidade máximo de 0, 040% e possibilidade de adquirir sinais diferenciais com amplitudes até 187, 479mV e incerteza de 6, 6μV (tipo B). Por fim, para garantir segurança ao paciente, ressalta-se que o hardware desenvolvido possui sistema de isolamento de acordo com a norma NBR IEC 60601 atendendo os requisitos de segurança básica e desempenho essencial para equipamentos médicos, mostrando-se como uma solução interessante para futuras aplicações no campo de sEMG.

A growing demand has become apparent for a flexible device that is able to acquire myoelectrical signals for scientific experiments where more control and knowledge of the platform guarantee results in accordance to the selected adjustable behaviour. This work describes the development of a compact hardware that will be utilized in the surface electromyography field (sEMG). The system was built, using an ADS1299 integrated circuit, to simultaneously acquire myoelectrical signals up to eight channels with a sampling rate of 1000Hz and -110dB of common mode rejec- tion ratio (CMRR). The flexibility of the hardware is established through its reduced dimensions, 10cm x 10cm, also through the possibility of using it in a portable system implementation, and through a simple communication protocol that has been implemented through five control pins and four SPI interface dedicated pin. This choice allowed the electromyographic instrument to be accessed by any hardware with these available resources. Following the open source trend, the hardware management has been done using an Arduino platform and the user interface was implemented by a computer program intended specifically for this current need, which is now hosted with open code in <https://github.com/agostini01/SerialGraphPlot>. After experimental protocols were performed, the following parameters were obtained: internal noise of 1, 9μV , maximal linearity error of 0, 040%, and differential signals of amplitudes up to 187, 479mV with 6, 6μV type B uncertainty (see VIM, Vocabulário de Instrumentação e Medidas). Finally, to assure patient safety, this hardware highlights electrical isolation meeting the NBR IEC 60601 regulations for basic safety requirements and essential performance of medical devices, which provides an interesting solution for potential future applications in the sEMG field.