Desenvolvimento e avaliação de um sistema portátil e modular para aquisição e monitoramento multicanal de sinais fisiológicos : estudo de caso com sinais eletrocardiográficos e fotopletismográficos

Abstract

O monitoramento de sinais fisiológicos por períodos prolongados pode complementar avaliações pontuais ao registrar variaç associadas ao repouso, ao sono, ao esforço físico e às atividades cotidianas. Entretanto, equipamentos dedicados e dispositivos comerciais frequentemente apresentam limitações relacionadas ao custo, à portabilidade, à capacidade de expansão e ao acesso aos dados brutos. Nesse contexto, este trabalho tem como objetivo desenvolver e verificar experimentalmente uma plataforma portátil, modular e de baixo custo para aquisição, visualização, processamento e armazenamento multicanal de sinais fisiológicos. A arquitetura implementada é composta por dois módulos. O módulo de aquisição inte grou módulos independentes de condicionamento, um conversor analógico-digital ADS1256 de 24 bits, uma placa STM32 Black Pill para controle da aquisição e uma Orange Pi 3 LTS para execução da interface gráfica, processamento e armazenamento. A comunicação USB CDC e o protocolo estruturado de transmissão desacoplam o núcleo de aquisição da camada computacional, permitindo que outras plataformas compatíveis sejam utilizadas para recepção, processamento e armazenamento dos dados. O sistema disponibilizou quatro pares de entradas diferenciais, visualização nos domínios do tempo e da frequência, filtros digitais configuráveis, preservação dos dados brutos, armazenamento incremental em arqui vos HDF5, recuperação de sessões e exportação dos registros para CSV. A aquisição foi configurada com taxa nominal de 1 kS/s por canal. A avaliação experimental da cadeia de aquisição foi realizada com sinais conhecidos pro duzidos por um gerador e registrados simultaneamente por um osciloscópio de referência. Foram analisadas senoides de 100 e 450 Hz, ondas quadradas de 5 e 50 Hz, ondas triangu lares de 30 e 50 Hz, um sinal multitom e um sinal sinc. Os erros relativos de frequência permaneceram inferiores a 0,004%, enquanto as amplitudes e as principais características temporais e espectrais foram preservadas com diferenças limitadas a poucos pontos percen tuais em relação aos valores configurados e às medidas de referência. A senoide de 450 Hz e as harmônicas superiores da onda quadrada de 50 Hz evidenciaram as limitações associ adas à proximidade com a frequência de Nyquist. O sinal multitom apresentou separação das cinco componentes entre 50 e 250 Hz, com pequena variação relativa de amplitude, en quanto o sinal sinc preservou o pulso principal, os cruzamentos por zero, os lóbulos laterais e a distribuição espectral esperada. Nos intervalos regulares dos ensaios de bancada, a taxa efetiva permaneceu próxima de 1 kS/s por canal, com erro inferior a 0,017%. Entretanto, foram observadas lacunas temporais estimadas entre 3,05% e 7,37% em parte das sessões, constituindo a principal limitaçõo da implementação atual. Apesar dessas interrupções, os registros mantiveram segmentos contíguos suficientes para as análises temporais e espectrais realizadas. A aplicação funcional da plataforma foi demonstrada pela aquisição simultânea de dois canais de eletrocardiograma e um canal de fotopletismografia durante aproximadamente 30 s. Essa sessão apresentou taxa média próxima de 1 kS/s por canal, ausência de lacunas temporais e armazenamento de 29.750 quadros multicanais. Foram identificados 47 eventos correspondentes em cada canal, com frequência média próxima de 95,15 bpm. Os dois sinais de ECG apresentaram complexos QRS temporalmente coincidentes, embora com diferenças de amplitude e repetibilidade morfológica. O sinal de PPG exibiu pulsos regulares e atraso aparente próximo de 200 ms em relação aos picos R, indicando coerência funcional entre a atividade elétrica cardíaca e a resposta pulsátil periférica. Os resultados demonstram que a plataforma constitui uma base experimental aberta, reutilizável e expansível para aquisição multicanal de sinais fisiológicos, permitindo integrar módulos distintos, acompanhar os sinais durante a coleta, preservar os registros brutos e rea lizar novos processamentos posteriormente. O objetivo geral foi substancialmente atendido, permanecendo como principais pontos de aperfeiçoamento a redução das lacunas temporais, a caracterização quantitativa da portabilidade e do custo, a avaliação controlada da diafonia e a integração experimental de novos sensores. A avaliação fisiológica teve caráter funcional e n˜ao constitui validação clínica ou diagnóstica.