Trabalho Experimental: Eléctrodos Têxteis

Embora várias técnicas e materiais tenham sido explorados e reportados – inclusive a própria tricotagem [82, 83, 85, 91] – ainda não tinha sido conduzida uma comparação entre tipos de laçada e estruturas de malha, pelo menos de forma aprofundada. Os ensaios descritos neste capítulo comparam as variáveis referidas, no sentido de compreender o seu efeito na qualidade do sinal a medir. Pretende-se, no final, obter o melhor eléctrodo possível (dentro do que for possível estudar nas limitações inerentes a este trabalho) para produção de uma peça de vestuário capaz de detectar sinais ECG e EMG.

Na fase experimental, apenas foram produzidos eléctrodos para electromiografia, uma vez que sinais EMG são mais pequenos e mais difíceis de se obter do que sinais ECG e partindo do princípio que os eléctrodos que demonstrassem melhor desempenho nos testes EMG seriam igualmente os que melhor resultados apresentariam em ECG. A fabricação dos eléctrodos segue os requisitos anteriormente identificados no estado da arte – 1) impermeabilização, 2) densidade, 3) alongamento e estabilidade e 4) rugosidade.

Os materiais condutores usados para produzir os eléctrodos foram o Bekintex (fio 50 dtex/1 cabo; 80% poliéster e 20% inox, produzido pela Bekaert), Shieldex e Elitex (fio de poliamida revestida a prata, produzidos pela Statex e TITV-Greiz, respectivamente). A resistência dos fios revestidos com prata está na ordem das dezenas de Ω/m, ao contrário do Bekintex, que atinge os 100 Ω/m. Foram desenhadas dez estruturas de malha, segmentadas em dois grupos: 1) malhas que combinam laçada normal com laçada flutuante e 2) malhas que combinam laçada normal e carregada (Figura 28) Depois de fabricadas as malhas num tear de malha circular – Merz MBS – aquelas que mostraram baixa resistência à tensão (que se partiam facilmente quando aplicada alguma força, manualmente) foram eliminadas do estudo e substituídas por outras. O processo repetiu-se até se obter as seguintes dez estruturas viáveis.

Figura 28) CEP das estruturas de malha utilizadas.

As amostras foram novamente produzidas, desta vez com os eléctrodos integrados em jacquard com fio condutor. Os mesmos têm a forma de um quadrado com 56 colunas por 34 fileiras, a partir do qual é prolongada uma linha no sentido das fileiras com 85 colunas e 16 fileiras para formar o circuito. Na extremidade, foi colocada uma mola de pressão de níquel de 12 mm (conforme medida das molas que acompanham o aparelho que vai ser usado para fazer recolha dos sinais e que será descrito posteriormente) para fazer a ligação ao dispositivo.

Os primeiros eléctrodos foram cortados e isolados com fita adesiva de PVC, que é um material totalmente impermeável, para serem depois colocados sobre a pele com o mesmo adesivo (Figura 29). Depois de testados, os eléctrodos que apresentaram os melhores resultados foram novamente produzidas, desta vez integrados em mangas (Figura 30) e utilizou-se silicone para criar a membrana impermeável, uma vez que a fita de PVC se solta facilmente ao vestir a manga, além de a silicone ser um material impermeável e flexível.

Figura 29) Eléctrodo LC01, versão cortado e isolado com fita PVC: a) direito; b) avesso; c) direito com ligação. Nota: no avesso, a fita de PVC aenas isola o circuito.

Figura 30) Eléctrodo LC01 produzido em manga e isolado com silicone: e) direito; f) avesso.

Testes foram conduzidos aos eléctrodos em manga e a estrutura que teve o melhor desempenho foi usada para criar outras duas mangas idênticas, desta vez com fio Elitex e Shieldex.

Para processamento de sinal, recorreu-se ao módulo Shimmer3EXG Unit. O Shimmer3 EXG Unit é um dispositivo que permite medir sinais bioelétricos, incluindo ECG e EMG. A unidade ECG possibilita o registo de sinais eléctricos do coração, informação que pode ser medida em repouso, em ambulação ou durante uma actividade física, e que serve como um indicativo de respostas cardíacas ao esforço físico [155]. A unidade de EMG pode ser usada para medir a actividade eléctrica associada às contracções musculares e permite uma análise não invasiva da actividade

para poder ser usado de forma ergonómica e sem provocar desconforto. Cada placa pode ligar a cinco eléctrodos, nomeadamente a um positivo e um negativo para cada par de canais e um neutro (de referência) no restante canal [43]. Isso significa poder usar um módulo para EMG em dois músculos ou ECG de quatro canais, suficiente para fazer a aquisição de sinais eletrocardiográficos e respetiva medição da frequência cardíaca (FC). Este parâmetro corresponde ao número de pulsações por minuto e trata-se de um método importante para avaliar a resposta ao exercício físico [32]. A FC aumenta com o exercício físico de modo a melhorar o fluxo sanguíneo e aumentar os níveis de oxigénio nos músculos, de modo a corresponder aos níveis requisitados pelos músculos durante o exercício.

Figura 31) Dispositivo Shimmer3 EXG Unit usado no projecto [156].

Todos os testes foram conduzidos com uma frequência de amostragem de 1024 Hz e um filtro passa-alto de ordem simples a 10 Hz, de modo a eliminar flutuações provocadas pelo movimento e variações de potencial de contacto elétrodos-pele. Os eléctrodos foram posicionados no bíceps, partindo do princípio de que, sendo um músculo maior, seria mais fácil de detectar os sinais. Foram selecionados dois movimentos diferentes para efectuar os devidos testes:

1) flexão de braços com rotação de punho (Figura 32) e 2) flexão de braços em semi-pronação (Figura 33) [157].

Figura 32) Movimento 1: flexão de braços com rotação de punho [157].

Figura 33) Movimento 2: flexão de braços em semi-pronação [157].

Ambos solicitam o bíceps, o que permite ver diferenças de sinal para actividades distintas. Cada movimento completo, executado com um haltere de 5 Kg, está divido em quatro momentos (Figura 34) – A) posição inicial, braço relaxado B) flexão de braço C) braço dobrado, posição estática D) braço volta à posição inicial. Todos os testes foram repetidos duas vezes de modo a verificar se o sinal é constante.

O eléctrodo que mostrou melhor desempenho foi usado para detecção de sinais ECG. Os testes foram realizados com quatro derivações, de acordo com a configuração apresentada na Figura 6), e com uma frequência da amostragem de 256 Hz. Embora seja recomendável uma frequência de amostragem de 512 Hz em ECG clínico, frequências inferiores são mais adequadas para monitorização ambulatória [158].

Figura 34) Exemplo de sinal EMG com momentos dos exercícios distinguidos: A) repouso; B) momento de flexão de braço e contracção muscular, em que o músculo exerce maior força; C) momento em que o braço está dobrado e músculo contraído, estaticamente; D)

deflexão do braço e descontracção do músculo (volta à posição inicial).