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La mortalidad por enfermedades propias del sistema cardiovascular representa un gran número de fallecimientos a nivel mundial cada año, en Colombia las enfermedades cardiacas poseen el porcentaje más alto de decesos anual. Si se acompaña este dato con la baja implementación de sistemas de prevención y supervisión temprana se observa una oportunidad para la innovación. El proyecto actual busca crear una alternativa de estrategia ambulatoria y no invasiva para el seguimiento del sistema cardiovascular, un dispositivo wearable capaz de monitorear variables propias del corazón haciendo uso de la señal de Electrocardiograma (ECG) y la variación del volumen sanguíneo por medio de la técnica de Fotopletismografía (PPG) que proporcione bio-marcadores como la frecuencia cardiaca, su variabilidad y el porcentaje de oxígeno en sangre con el objetivo de brindar a los usuarios una herramienta de seguimiento de variables cardiacas en actividades cotidianas y ámbitos deportivos. Inicialmente se validó el resultado del proyecto precedente, el dispositivo Cardio One V1.0, para asegurar que su instrumentación y funcionamiento para el rediseño y miniaturización cumplen ciertos estándares mínimos de precisión y exactitud en el contexto de las variables biológicas que se propone medir. Luego, se realizaron entrevistas a usuarios potenciales con el objetivo de extraer los criterios funcionales para el diseño y construcción del futuro prototipo Cardio OneV2.0. El hardware de la versión 1.0 del dispositivo se compone de dos placas, la primera contiene el sensor MAX86150 con su instrumentación y la segunda proporciona la interfaz de interacción con el sensor, conectores para electrodos, módulos de alimentación, módulos de comunicación, el SoC principal y otros sensores. En la etapa de rediseño se determinó que el dispositivo estaría conformado igualmente por dos placas PCB, pero adoptando el concepto de modularidad, lo que da al dispositivo la capacidad de mejora. Se recurrió a PCB de dos y cuatro capas, separando los módulos de alimentación, comunicación y el SoC principal de los sensores para optimizar espacio y reducir las dimensiones del dispositivo con el objeto de facilitar su acople al cuerpo humano en base a conceptos de ergonomía y diseño del detalle. En el desarrollo de software, se investigó qué algoritmos y metodologías permiten la eliminación satisfactoria del ruido en las señales que se manejan. Se determinó que los filtros Chebyshev dos y Butterworth junto con la transformada Wavelet tipo tres y la eliminación del valor medio, resultan en una señal definida y con bajo nivel de ruido. De la señal obtenida en la etapa de filtrado se extraen los bio-marcadores. Esta etapa facilita la extracción de la información útil debido a que se elimina la necesidad de usar técnicas y algoritmos complejos que representan mayor tiempo de cómputo. Con el dispositivo Cardio One V2.0 y haciendo buen uso de los algoritmos desarrollados se alcanza una medición confiable del electrocardiograma, la frecuencia y variabilidad cardiaca y el porcentaje de oxígeno en sangre brindando al usuario la oportunidad del seguimiento ambulatorio a su salud cardiovascular. Mortality due to cardiovascular system diseases represents a big number of deaths worldwide each year, in Colombia the hearth diseases have the highest annual percentage of deaths. If this fact is attached to low implementation of prevention and early supervision systems, a great chance of innovation is observed. The current project looks for an alternative of ambulatory and no invasive strategy for the cardiovascular system, a wearable device able to monitor hearth variables using the Electrocardiogram signal (ECG) and the blood volume variation by the photoplethysmography technic that provides biomarkers like the cardiac frequency, its variability, and the oxygen percentage in blood with the objective to bring the users a tool for tracing hearth variables in daily activities and sport fields. First, the previous project result was validated, the Cardio One V1.0, to ensure that its instrumentation and operation for the redesign and miniaturization fulfills certain minimum standards of precision and exactitude in the context of the biological variables that is proposed to measure. Later, interviews were made to potential users with the objective to extract the functional criteria for the design and building of the future prototype Cardio One V2.0. The version 1.0 hardware of the device is composed by two plates, first one contains the MAX86150 sensor with its instrumentation and the second one brings the sensor interaction interface, electrode connector, source modules, communication modules, main SoC and other sensors. In the redesign stage it was determined that the device will be conformed in same way, by two PCB plates, but adopting modularity concept, that brings the improvement chance. It was appeal to two- and four-layers PCB, separating the source, communication and main SoC modules from the sensor to optimize space and reduce the dimensions of the device with the objective to ease the coupling to the human body based on concepts of ergonomics and detail design. In the software developing, it was researched which algorithms and methodologies allows the satisfactory noise elimination of the signals that are handled. It was determined that the Chebyshev Two and Butterworth filters with the type three Wavelet transform and medium value elimination, results in a low noise and defined signal. From the obtained signal in the filtering stage biomarkers are extracted. This stage eases the extraction of useful information due to need of complex technics and algorithms that represents long computing times are deleted. With the device Cardio One V2.0 and making good use of the developed algorithms trustworthy measurement of the electrocardiogram is reached, the frequency and hearth variability and oxygen percentage bringing the user the ambulatory tracing of its cardiovascular health chance. http://www.ustabuca.edu.co/ustabmanga/presentacion Pregrado |
