Electrocardiógrafo con oximetria por bluetooth low energy

Realització d'un sistema de transmissió d'un electrocardiograma i saturació d'oxigen mitjançant bluetooth low energy.[ANGLÈS] Lately there are new wireless communications devices, able to transmit data securely and practice. This project takes advantage of these technologies to design a system for biosignal acquisition and transmission. The project is based on the software design of a system for acquiring and transmitting data electrocardiogram and oximetry via Bluetooth low energy, which is a system of short-range wireless communications and very low power consumption. The designed device is aimed at people with heart problems, allowing medical tests being able to do from your own home and send the results to a doctor through internet for diagnosis. So, you can get a substantial improvement in the quality of life of these people in addition to a reduction in waiting lists. The software design consists of two distinct parts, embedded software Windows application programming. The programming was done in ANSI C language for both microcontrollers and Windows application was developed with Microsoft C # environment. Programming embedded microcontrollers have used two specialized for these applications, CC2541, which is a Bluetooth low energy transceiver with 8051 core, and MSP430 which performs the calculation of the oxymetry using an optical clip. The oximetry calculation algorithm has been modified of a Texas Instruments example code. An SPI analog to digital converter acquires ECG data. The Windows application captures bluetooth data through a USB stick that turns wireless frames to a virtual serial port. The application, written in C # filters these frames, acquire data and modify ADC configuration parameter. The captured data is drawn in real time on a chart, and stored in a text file that can be interpreted by an advanced computing environment. Has been used two different protocols to transmit data, both include the electrocardiogram, oxymetry and heart rate. The differential protocol sends only the changes between the current and previous sample, therefore the reconstructed signal at the receiver will be, under the right circumstances, just like that caught in the converter. In PQRST protocol, each beat data are encrypted, keeping all medical information, however its reconstruction will not be identical to the original signal. Full test has been performed to verify the proper functioning of the system, for it has been used an ECG simulator for obtaining cardiac signals of a person, with the same amplitude and output impedance of a real person. Tests confirm the operation of all systems, but there are found a problem in data compression mode PQRST using a real signal, it could be due to the noise produced per remaining electrodes on air. The main difference between the protocols is the amount oftransmitted data, it has made a study of consumption in both modes. The conclusion is that the dissimilarity between them is only 2mW, this value is very small considering the difference in the amount of data sent. The Windows application and hardware LED indicators provide information about errors in the transmission radius. It has made a study of the errors generated in both and it is seen that the differential protocol packets lost distance bluetooth unless PQRST protocol. Hence conclude that PQRST protocolit don’t produce radio errors, since the communication system is not carried to the limit of their performance.[CASTELLÀ] Últimamente han aparecido nuevos dispositivos de comunicaciones inalámbricas, capaces de trasmitir datos de manera segura y práctica. Éste proyecto se aprovecha de estas tecnologías para diseñar un sistema de adquisición y transmisión de bioseñales. El proyecto se basa en el diseño de software de un sistema que permita adquirir y transmitir los datos de electrocardiograma y de oximetría a través de bluetooth low energy, que es un sistema de comunicaciones inalámbrico de corto alcance y muy bajo consumo. El dispositivo diseñado va dirigido a personas con problemas cardíacos, permitiéndoles poderse hacer las pruebas médicas desde su propio domicilio y mandar los resultados a un médico a través de internet para su diagnóstico. Así, se puede conseguir una mejora sustancial de la calidad de vida de estas personas además de una reducción de las listas de espera. El diseño del software consta de dos partes diferenciadas, la programación del software embedded i la realización de una aplicación Windows. La programación se ha realizado en lenguaje ANSI C para ambos microcontroladores y la aplicación Windows ha sido desarrollada con el entorno C# de Microsoft. Para la programación embedded se han utilizado dos microcontroladores especializados para estas aplicaciones, el CC2541, que es un transceptor bluetooth low energy con un núcleo 8051 y el MSP430, que realiza el cálculo de la oximetría mediante una pinza óptica.El algoritmo de cálculo de la oximetría ha sido modificado de un ejemplo de Texas Instruments. Un conversor analógico digital con conexión SPI adquiere los datos del electrocardiograma. La aplicación Windows captura los datos del bluetooth a través de un lápiz USB que transforma las tramas inalámbricas a un puerto serie virtual. La aplicación escrita en C# filtra estas tramas, adquiere datos y modifica parámetros de configuración del ADC. Los datos capturados son dibujados en tiempo real en un gráfico,y almacenados en un fichero de texto para que puedan ser interpretados por un entorno de cálculo avanzado. Se han utilizado dos protocolos distintos para transmitir los datos, ambos incluyen el electrocardiograma, la oximetría y la frecuencia cardíaca. El protocolo diferencial envía sólo los cambios efectuados entre la muestra actual y la anterior, por lo tanto la señal reconstruida en el receptor será, bajo las circunstancias adecuadas, exactamente igual que la capturada en el conversor. Por otra parte,en el protocolo PQRSTlos datos de cada latido son codificados, conservando toda la información médica, no obstante su reconstrucción no será idéntica a la señal original. Se ha realizado un test completo para la comprobación del correcto funcionamiento del sistema, para ello se ha usado un simulador de ECG que permite obtener las señales cardíacas de una persona, con la misma amplitud e impedancia de salida de una persona real. Las pruebas realizadas confirman el funcionamiento de todos los sistemas, no obstante, se observa un problema en la compresión de los datos en modo PQRST en personas reales.Se cree que esto es debido al ruido producido per los electrodos restantes que quedan al aire o por un mal funcionamiento de los parches. Ya que la diferencia principal entre los protocolos es la cantidad de datos transmitidos, se ha hecho un estudio de consumos con ambos modos. Se ha llegado a la conclusión de que la disimilitud entre los dos es de tan sólo 2mW. Este valor es ínfimo teniendo en cuenta la diferencia en la cantidad de datos enviados. La aplicación de Windows y los indicadores LED del hardware informan sobre los errores de radio en la transmisión. Se ha hecho un estudio de los errores generados en función de la distancia y se ha visto que el protocolo diferencial pierde paquetes bluetooth a menos distancia que el protocolo PQRST. La conclusión es que los errores de radio son producidos porque el sistema de transmisión es llevado al límite de sus posibilidades.[CATALÀ] Darrerament han aparegut nous dispositius de comunicació sense fil capaços de transmetre dades de manera segura i pràctica. Aquest projecte s’aprofita d’aquestes tecnologies per a dissenyar un sistema d’adquisició i transmissió de biosenyals. El projecte es basa en el disseny de software d’un sistema que permeti adquirir i transmetre les dades de electrocardiograma i d’oximetria1 a través de bluetooth low energy, que és un sistema de comunicacions sense fil de curt abast i molt baix consum. El dispositiu dissenyat està dirigit a persones amb problemes cardíacs, permetent-los que es puguin fer les proves des de seu domicili i enviar el diagnòstic a un metge a través d’internet, així es pot aconseguir una millora de la qualitat de vida d’aquestes persones a més d’una reducció de les llistes d’espera. El treball consta de dues parts bàsiques, la programació de software embedded i la realització d’una aplicació de Windows. Per a la programació embedded s’han utilitzat 2 microcontroladors especialitzats per aquestes aplicacions, el CC2541, que és un transceptor bluetooth low energy amb un nucli de 8051, i el MSP430 que fa el càlcul de l’oximetria mitjançant una pinça òptica. Un convertidor analògic digital amb connexió SPI2 adquireix les dades de l’electrocardiograma. El llenguatge de programació utilitzat ha estat ANSI C pels dos microcontroladors. L’algorisme de càlcul d’oximetria s’ha extret d’un exemple de Texas Instruments, i s’ha modificat el seu funcionament per poder-lo adaptar a l’aplicació. L’aplicació de Windows captura les dades de bluetooth a través d’un llapis USB que transforma les trames bluetooth a un port sèrie virtual. L’aplicació, escrita en C# filtra aquestes trames per connectar-se amb el dispositiu, adquirir dades i modificar paràmetres de configuració del ADC3. Les dades adquirides es mostren en temps real en un gràfic i es guarden en un fitxer de .txt perquè puguin ser interpretades posteriorment per un sistema de càlcul extern. S’han utilitzat dos protocols diferents per a transmetre el senyal, el protocol diferencial i el PQRST4. Bàsicament es distingeixen perquè el protocol diferencial envia el canvi que s’ha produït entre mostres, per tant el senyal enviat es pot reproduir íntegrament, sense cap procés de compressió específic. D’altra banda, el protocol PQRST envia les dades codificades del batec, per tant la quantitat de dades enviades és menor i requereix un procés de descodificació al receptor. En els dos protocols s’envien simultàniament les dades de ECG5, d’oximetria i de freqüència cardíaca. S’han realitzat testos per la comprovació del correcte funcionament del sistema. Per fer-ho s’ha fet servir un simulador de ECG que permet obtenir les senyals cardíaques d’una persona amb la mateixa amplitud i impedància de sortida reals. Les proves realitzades confirmen el funcionament de tots dos sistemes.S’ha observat un problema en la compressió del protocol PQRST quan es treballa amb senyals reals humanes, es creu que és degut al soroll introduït en el sistema degut a que s’ha realitzat la prova només amb 3 elèctrodes. Com que la diferencia principal entre els protocols és la quantitat de dades transmeses, s’ha fet un estudi de consums amb tots dos protocols i s’ha arribat a la conclusió de que la diferència de potències consumides entre ells és de només 2 mW. És una diferència ínfima tenint en compte la quantitat de dades que s’envien. Com que en el protocol diferencial es posa el bluetooth al límit, s’ha fet un estudi d’errors de ràdio i s’ha comprovat que té molts més errors que el protocol PQRST provocant problemes d’offsets no controlats en el receptor. Això no succeeix en el mode PQRST ja que la tassa de transmissió és molt inferior. El sistema funciona dins dels marges establerts i s’han complert els objectius del projecte.