Aquisição e validação de sinais biomédicos com recurso a equipamento de baixo custo
Data
2018-12-21
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Resumo
A análise de Eletrocardiograma (ECG) revela informa benefício da inclusão de análise morfológica da forma de onda de ECG com recurso às ferramentas utilizadas neste estudo. Porém, a análise morfológica necessita de investigação mais aprofundada. crucial acerca dos fenómenos fisiológicos que ocorrem no sistema cardiovascular. Esta análise pode ser mais detalhada e alargada quando estes dados são transpostos para a análise da Variabilidade da Frequência Cardíaca (VFC). Desta forma, para além dos marcadores da VFC, que fornecem dados sobre funcionamento do coração, modulados pelo Sistema Nervoso Autónomo, é também possível obter informação acerca da condição física do indivíduo, ou, até mesmo, do seu estado mental e psicológico. Com a proliferação de ferramentas, quer de hardware, quer de software, de baixo custo, torna-se possível contornar algumas das limitações de acesso a equipamento médico e respetiva análise destes dados. Juntando ao baixo custo a liberdade do utilizador em configurar o sistema segundo as suas necessidades específicas, numa abordagem “faça você mesmo” (Do-it-Yourself ou DiY ), transcende-se o potencial relativo à eficiência nos processos de monitorização, aumentando exponencialmente a capacidade de recolher dados que, no limite, ajudarão a dar resposta a questões que surgem no meio clínico, científico e tecnológico. Abrem-se, assim, novas oportunidades de experimentação e desenvolvimento de metodologias ou prova de conceitos, para aplicações baseadas em biosinais. Com base em trabalhos anteriores encontrados na revisão da literatura, esta dissertação pretende analisar a fiabilidade de um dispositivo de baixo custo e DiY para análise rítmica do traçado de ECG. Para isso, foram realizadas monitorizações numa população de 21 indivíduos em condições de repouso e posterior corroboração empírica dos dados numéricos obtidos com os dados recolhidos, à priori, por um dispositivo médico. Como uma das bases de análise tomou-se o Intervalo QTc para a Frequência Cardíaca. Foram, ainda incluídos os resultados extraídos a partir de 2 casos de estudo, no âmbito de um estudo exploratório inicial: em um dos indivíduos foi detetada uma forma de onda anómala, posteriormente confirmada como sendo de origem cardiopática; no segundo indivíduo, foram feitas monitorizações em condição de repouso e dinâmica, para as quais foram realizadas as avaliações qualitativas dos segmentos de onda de ECG, para posterior análise rítmica, bem como a análise numérica dos dados da VFC. Os resultados demonstram que a qualidade do sinal adquirido é fiável para a aquisição de ECG com vista à posterior análise rítmica, tanto em condição de repouso, como dinâmica, através das derivações bipolares aplicadas. Foram também detetadas evidências promissoras para a monitorização e prevenção de patologias cardiovasculares, que sugerem o benefício da inclusão de análise morfológica da forma de onda de ECG com recurso às ferramentas utilizadas neste estudo. Porém, a análise morfológica necessita de investigação mais aprofundada.
Electrocardiographic (ECG) data analysis can reveal crucial information about the cardiovascular physiological phenomenon. This information can be further enhanced through Heart Rate Variability (HRV) analysis, that allow the comprehension of the landscape of the Autonomic Nervous System modulation. Hereupon, beyond cardiovascular diagnosis, ECG markers can also reflect workload levels, or even physical and mental performance, through this method. The proliferation of low-cost and Do-it-Yourself (DiY) tools, wether software or hardware tools, has allowed multiple enabling technologies, by allowing the access to devices that can have great potential for biosignals monitoring. For these reasons it has been achieved great advances in research and product development, due to the easy access to develop proof of concept methodologies and prototypes for biosignal applications. Beyond those reasons, the time and costs reduction when using such tools, when comparing with standard medical devices, also represents the main reasons for adopting these choices. Building upon previous work found within the state-of-the-art, this thesis explores the potential of using a low-cost device for ECG signal analysis. With the aim of performing the rhythmical analysis, empirical tests were performed in a population of 21 control subjects in a resting position, for further corroboration of this data with the numerical data, previously acquired, from a medical grade device. The QTc Interval for Heart Rate has been accomplished for both devices, and it was used for this comparison. Also, 2 subjects were additionally included in this research: in one of them it was detected a waveform abnormality, further confirmed as a cardiopathy; the second has performed the recordings in rest and dynamic condition, in the scope of the initial exploratory research, where ECG wave segments analysis and HRV features extraction for numerical analysis were accomplished. Results have demonstrated that the signal quality allows reliable ECG acquisition for further rhythmical and HRV analysis, in stationary and dynamic monitoring, for the bipolar leads applied. There was also evidence that suggest a benefit from including ECG morphological analysis with this hardware and software setup for prevention and diagnosis of cardiovascular disorders, although requiring further investigation.
Electrocardiographic (ECG) data analysis can reveal crucial information about the cardiovascular physiological phenomenon. This information can be further enhanced through Heart Rate Variability (HRV) analysis, that allow the comprehension of the landscape of the Autonomic Nervous System modulation. Hereupon, beyond cardiovascular diagnosis, ECG markers can also reflect workload levels, or even physical and mental performance, through this method. The proliferation of low-cost and Do-it-Yourself (DiY) tools, wether software or hardware tools, has allowed multiple enabling technologies, by allowing the access to devices that can have great potential for biosignals monitoring. For these reasons it has been achieved great advances in research and product development, due to the easy access to develop proof of concept methodologies and prototypes for biosignal applications. Beyond those reasons, the time and costs reduction when using such tools, when comparing with standard medical devices, also represents the main reasons for adopting these choices. Building upon previous work found within the state-of-the-art, this thesis explores the potential of using a low-cost device for ECG signal analysis. With the aim of performing the rhythmical analysis, empirical tests were performed in a population of 21 control subjects in a resting position, for further corroboration of this data with the numerical data, previously acquired, from a medical grade device. The QTc Interval for Heart Rate has been accomplished for both devices, and it was used for this comparison. Also, 2 subjects were additionally included in this research: in one of them it was detected a waveform abnormality, further confirmed as a cardiopathy; the second has performed the recordings in rest and dynamic condition, in the scope of the initial exploratory research, where ECG wave segments analysis and HRV features extraction for numerical analysis were accomplished. Results have demonstrated that the signal quality allows reliable ECG acquisition for further rhythmical and HRV analysis, in stationary and dynamic monitoring, for the bipolar leads applied. There was also evidence that suggest a benefit from including ECG morphological analysis with this hardware and software setup for prevention and diagnosis of cardiovascular disorders, although requiring further investigation.
Descrição
Dissertação de mestrado em Engenharia de Reabilitação e Acessibilidade Humana presentada à Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro
Devido à quantidade e tamanho, não se fez o upload dos anexos
Palavras-chave
On-the-Person ECG , baixo custo , open source , Aplicações dinâmicas , QTc , variabilidade da Frequência Cardíaca