Compara¸c˜ ao de Desempenho entre Amplificadores Referenciados e Diferenciais

As compara¸c˜oes entre amplificadores referenciados, diferenciais e diferenciais plenos foram realiza- das atrav´es de trˆes diferentes procedimentos. Em todos eles, o mesmo sinal, oriundo do circuito emulador ou do animal experiemental, foi aplicado simultaneamente a dois amplificadores, um re- ferenciado e outro diferencial ou diferencial pleno, conforme ilustrado na figura 4.13. Uma placa de aquisi¸c˜ao de dados com entradas diferenciais e 16 bits de resolu¸c˜ao foi utilizada (Data Translation, DT322), de modo que os sinais provenientes de cada um dos amplificadores fossem registrados simultaneamente. estágio de entrada diferencial / diferencial pleno diferencial pleno diferencial / amplificador amplificador referenciado placa de aquisição de dados v (t)_r v (t)_d v [n]_r v [n]_d eletrodos fonte de sinal ativos

Figura 4.13: Diagrama de blocos do esquema adotado para compara¸c˜ao de desempenho entre amplficadores re- ferenciados e diferenciais. Um est´agio de entrada comum, conectado `a fonte de biopotencial atrav´es dos mesmos eletrodos, alimenta dois amplificadores. Um deles ´e necessariamente um amplificador referenciado. O segundo foi alternado entre diferencial e diferencial pleno. Os sinais resultantes de ambos foi registrado, simultaneamente, por uma placa de aquisi¸c˜ao de dados com canais diferenciais, o que deu origem aos sinais vr[n] e vd[n], que s˜ao vers˜oes

amostradas das tens˜oes de sa´ıda dos amplificadores referenciado (vr(t)) e diferencial (vd(t)).

Nos experimentos envolvendo o circuito emulador de biopotenciais, uma configura¸c˜ao seme- lhante `aquela utilizada na se¸c˜ao anterior, para valida¸c˜ao do circuito supressor DC, foi utilizada. A tens˜ao DC, contudo, n˜ao ´e importante, e pode ser inclusive, retirada do experimento atrav´es da conex˜ao do conjunto de jumpers JO na posi¸c˜ao AB. Os procedimentos adotados na compara¸c˜ao

est˜ao descritos, separadamente, a seguir.

Compara¸c˜ao da Energia Residual dos Sinais Provenientes dos Diferentes Amplificado- res

Este procedimento consiste em avaliar qu˜ao diferentes s˜ao os sinais processados simultaneamente pelos amplificadores referenciado e diferencial. O crit´erio escolhido para avaliar a diferen¸ca ´e o c´alculo da energia residual entre os sinais, ap´os corre¸c˜oes dos atrasos dos diferentes amplificadores e pequenas diferen¸cas entre os ganhos. Este procedimento ´e o mesmo utilizado para quantifica¸c˜ao da distor¸c˜ao provocada por filtros sobre registros de eletrocardiografia de ratos (Vale-Cardoso e

4.3. PROCEDIMENTOS 65

Guimar˜aes, 2010a). A energia residual ´e calculada da seguinte maneira:

γ = N X n=1 (vr[n] − vd[n])2 N X n=1 v2r[n] , (4.23)

onde vr[n] representa o sinal digitalizado do amplificador referenciado e vd[n], o mesmo sinal obtido

do amplificador diferencial, ou diferencial pleno. O procedimento em quest˜ao ´e aplicado a sinais do tipo dente-de-serra, atrav´es do circuito emulador de biopotenciais, e tamb´em, a registros de ECG obtidos de diversos animais experimentais. Uma amostra de sete animais foi utilizada para o estudo em quest˜ao.

Os valores de energia residual obtidos da compara¸c˜ao entre os amplificadores referenciado e diferencial, γd, provenientes de cada um dos animais, foram confrontados com os valores de energia

residual da compara¸c˜ao entre amplificadores referenciado e diferencial pleno, γdp. A an´alise dos

dados foi realizada atrav´es de um teste de hip´oteses para a igualdade das m´edias (teste t de Student). O objetivo desta compara¸c˜ao ´e detectar se h´a diferen¸cas significativas entre o processamento do sinal realizado pelo amplificador diferencial, comparado ao referenciado, e o processamento realizado pelo amplificador diferencial pleno, tamb´em comparado ao amplificador referenciado.

Estima¸c˜ao da Componente de 60 Hz na Sa´ıda dos Amplificadores

Os sinais obtidos do sistema ilustrado na figura 4.13 foram submetidos a um procedimento de estima¸c˜ao da componente de 60 Hz. Sabe-se que este tipo de interferˆencia se acopla ao sinal registrado, preponderantemente, no corpo sob medi¸c˜ao. Portanto, ´e razo´avel supor que o n´ıvel de interferˆencia aplicado a ambos os amplificadores, referenciado e diferencial, seja o mesmo, e que diferen¸cas entre as estimativas deste sinal interferente nas sa´ıdas retratar˜ao maior ou menor habilidade do amplificador em rejeit´a-los.

Para estimar a intensidade da interferˆencia de 60 Hz sobre os sinais obtidos dos amplificadores em estudo, a cada um dos sinais vr[n] e vd[n] foi aplicado um mesmo filtro passa-faixa digital,

com banda passante entre 55 e 65 Hz, dando origem aos sinais yr[n] e yd[n], os quais correspon-

dem `as vers˜oes filtradas, respectivamente, de vr[n] e vd[n]. O c´alculo da intensidade estimada da

componente de 60 Hz, em cada um dos amplificadores, foi realizado da seguinte maneira:

vi = 1 N v u u t N X n=1 y2[n]. (4.24)

A equa¸c˜ao (4.24) foi obtida do c´alculo do valor eficaz de uma sen´oide. Dessa forma, obt´em-se uma estimativa do valor eficaz da sen´oide de interferˆencia na sa´ıda dos amplificadores.

Os valores das estimativas de interferˆencia de 60 Hz est˜ao organizados da seguinte maneira: ˆ vir refere-se `a m´edia aritm´etica dos valores estimados, para cada animal experimental, da

interferˆencia sobre o amplificador referenciado;

ˆ vid refere-se ao valor estimado, para cada animal, da interferˆencia sobre o amplificador dife- rencial; e

ˆ vidp refere-se ao valor estimado, para cada animal, da interferˆencia sobre o amplificador diferencial pleno.

Os resultados das estimativas de interferˆencia em quest˜ao foram comparados entre si atrav´es da an´alise de variˆancia de uma vari´avel (one-way ANOVA), com o prop´osito de verificar se os valores m´edios para cada tipo de amplificador podem ser considerados iguais.

Verifica¸c˜ao da Robustez a Fontes de Interferˆencias Pr´oximas ao Corpo sob Medi¸c˜ao Neste ensaio, um motor de corrente alternada monof´asico foi ligado pr´oximo ao animal experimen- tal, durante o registro de ECG, a distˆancias conhecidas. O objetivo deste procedimento ´e verificar a influˆencia da fonte de interferˆencia sobre a medi¸c˜ao. Os valores estimados de interferˆencia de 60 Hz sobre cada tipo de amplificador foram calculados conforme a equa¸c˜ao (4.24).

A fim de facilitar a apresenta¸c˜ao dos resultados, os valores estimados de interferˆencia obtidos de cada animal, separados por tipo de amplificador e pela distˆancia do animal `a fonte de interferˆencia, foram combinados atrav´es de m´edia aritm´etica. Estes valores foram ent˜ao, registrados num gr´afico de tens˜ao de interferˆencia versus distˆancia da fonte, para cada tipo de amplificador. Estes gr´aficos trazem registrados, tamb´em, o valor m´edio da interferˆencia de 60 Hz na ausˆencia do motor, obtidos atrav´es do procedimento de estima¸c˜ao da componente de 60 Hz na sa´ıda dos amplificadores. Os gr´aficos mostram ainda, um intervalo de varia¸c˜ao esperado em torno da m´edia, correspondente ao valor m´edio mais ou menos o erro padr˜ao da m´edia, calculado a partir dos dados medidos na ausˆencia da fonte de interferˆencia.

4.3.3 Verifica¸c˜ao dos Efeitos das Blindagens Convencional e de Guarda

Esta se¸c˜ao descreve o procedimento adotado para compara¸c˜ao entre os desempenhos das blindagens de guarda e convencional. Para isso, foi utilizado um aparato semelhante ao ilustrado na figura 4.14, juntamente com o circuito emulador de biopotenciais e um amplificador referenciado, cujo est´agio de entrada (figura 4.4) possibilita a alternˆancia entre os tipos de blindagem. Nenhum sinal foi aplicado `as tens˜oes vG e vi do circuito emulador. O jumper JM C foi inserido a fim de que a

tens˜ao de modo comum aplicada aos cabos seja zero. Um dos cabos de conex˜ao do eletrodo `a entrada do amplificador foi introduzido dentro do aparato.

As placas condutoras do aparato foram alimentadas por um varivolt, com tens˜oes AC entre 0 e 140 Vrms. Para cada valor de tens˜ao de excita¸c˜ao das placas, registrou-se a tens˜ao na sa´ıda do amplificador. Atrav´es destes registros, calculou-se a tens˜ao eficaz de interferˆencia de 60 Hz na entrada do amplificador, utilizando o mesmo procedimento descrito na se¸c˜ao 4.3.2. As medi¸c˜oes foram realizadas para ambos os esquemas de blindagem.