Disseny i implementació d’un sistema wireless de mesura de paràmetres fisiològics de manera no invasiva

Abstract

Aquest document es centra en l’estudi i implementació d’un sistema d’adquisició de senyals biomèdics de manera no invasiva per la mesura d’intervals temporals. Els senyals fisiològics en què es focalitza són l’electrocardiograma (ECG), que és el registre de l’activitat elèctrica del cor, i el bal·listocardiograma (BCG), el registre de l’activitat mecànica del sistema circulatori. A partir de relacions temporals entre diferents punts característics d’ambdós senyals es poden extreure paràmetres fisiològics que proporcionen informació d’interès del sistema cardiovascular. Prèviament a la implementació del sistema de mesura es realitza un estudi dels factors que intervenen en la mesura dels intervals temporals (soroll,freqüència de mostreig, ample de banda, interferència de xarxa, etc.) i es crea una sèrie d’especificacions a seguir per acotar la incertesa en la mesura. El sistema d’adquisició i transmissió de dades, que compleix amb les especificacions que es deriven de l’estudi, inclou: els elements sensors (que estan incorporats a una bàscula de bany convenciona l), una etapa de processament analògic, un node amb un convertidor ADC amb capacitat de transmissió wireless, i un node receptor connectat a un PC utilitzant una connexió USB. Tot el procés de mesura es controla a través d’una interfície d’usuari que s’encarrega de llegir les dades dels sensors, processar-les i fer-les visibles per l’usuari del sistema. Els senyals biomèdics i els paràmetres que s’obtenen a partir del seu processament es poden guardar en una base de dades i consultar des d’una aplicació web. D’aquesta manera és possible fer un seguiment de l’evolució dels paràmetres fisiològics de determinats pacients sense necessitat d’estar físicament al lloc on s’efectua la mesura. Finalment, una vegada implementat el sistema de mesura, se’n fa una validació pràctica.

English: This paper is focused on the study and implementation of an acquisition system of biomedical signals. The acquisition system requires non-invasive measurements of time intervals. The physiological signals which this project is focused on are the electrocardiogram (ECG), which is the recording of the heart electrical activity, and the ballistocardiogr am (BCG), the recording of the mechanical activity of the cardiovascular system. Several interesting cardiovascular parameters can be obtained from the temporal relationship between characteristic features of both signals. Firstly, the factors involved in the measurement of time intervals (noise, sampling frequency, bandwidth, network interference, etc.) are analyzed. The results are used to create a set of specifications to take in to account in the designing process of an acquisition system of biomedical signals. The acquisition and transmission system includes: sensors (which are incorporated into a conventional bathroom scale), a n analog processing stage(front-end), an end device which includes an ADC converter and wireless transmission capability, and an access point connected to a PC using a USB connection. The entire measurement process is controlled by a user interface that is responsible for reading data from sensors, processing them and making them visible to the user of the system for monitoring purposes. The biomedical signals and parameters obtained as the result of signal processing can be stored in a database and be available on a website. It makes possible to follow the evolution of certain physiological parameters of patients without being physically at the place where the measurement is made. Finally, the measurement system is experimentally validated.