Diseño, construcción y prueba de un sistema biomédico de registro de variables vitales (electrocardiograma, frecuencia respiratoria y oximetría de pulso) con visualización de datos en tiempo real

Abstract

Este proyecto consistió en el desarrollo de un sistema de adquisición, almacenamiento y visualización en tiempo real de datos fisiológicos, con el objetivo de reconocer posibles problemas de salud en situaciones de estrés, esfuerzo físico, reposo u otros. Este sistema se basó en la integración de un hardware, con la capacidad de leer estos datos a partir de sensores biomédicos, más un software en el cual se procesarán, almacenarán y visualizarán en tiempo real todos los datos capturados. Una de las características más importantes de este sistema es su capacidad para ejecutarse duran te largos períodos de tiempo (horas) sin la aparición de ”costuras” (pérdida de datos). Esto permite almacenar grandes volúmenes de información, facilitando un análisis posterior para la detección de posibles problemas de salud. El software de este sistema incluye una interfaz en la cual se visualizan datos biológicos impor tantes en tiempo real, tales como la saturación de oxígeno en la sangre, pulso cardíaco (latidos por minuto), ciclos de respiración, variabilidad cardíaca y la diferencia temporal entre latidos detectados por electrocardiografía (ECG) y oximetría de pulso. Este último dato está relacionado íntimamente con la presión sanguínea del sujeto registrado, por lo que esta sería una importante aproximación a un sistema capaz de medir constantemente presión sanguínea de forma no invasiva. Para lograr captar señales como el ritmo cardíaco, la saturación de oxígeno sanguíneo y los ciclos de respiración, se utilizaron sensores como el MAX30102, módulo utilizado como oxímetro de pulso, con el que se logró medir el porcentaje de oxígeno en la sangre y el ritmo cardíaco. El AD8232 corresponde a un módulo capaz de filtrar y amplificar señales cardíacas y musculares, el cual actúa como un electrocardiograma y fue utilizado como tal. Para registrar los ciclos de respiración se utilizó una resistencia elástica variable, la cual se colocó en el pecho del individuo, para medir los movimientos torácicos involucrados en la respiración. Se utilizó una placa Arduino Uno R4 para organizar todos estos datos en paquetes, los cuales se envían al computador para poder analizar, visualizar y almacenar estos datos en Igor Pro. Finalmente se desarrolló una interfaz en Igor, en la cual, mediante botones, se controla la lectura, almacenamiento y fin de los registros. Además de mostrar gráficamente todos los datos obtenidos de los sensores y parámetros calculados a partir de estos.

This project consisted of the development of a system for acquiring, storing and displaying physiological data in real time, with the aim of recognizing possible health problems in situations of stress, physical effort, rest or others. This system was based on the integration of hardware, with the ability to read this data from biomedical sensors, plus software in which all the captured data will be processed, stored and displayed in real time. One of the most important features of this system is its ability to run for long periods of time (hours) without the appearance of ”seams” (data loss). This allows large volumes of information to be stored, facilitating subsequent analysis to detect possible health problems. The software of this system includes an interface in which important biological data are displa yed in real time, such as blood oxygen saturation, cardiac pulse (beats per minute), breathing cy cles, cardiac variability and the temporal difference between beats detected by electrocardiography (ECG) and pulse oximetry. This last data is closely related to the blood pressure of the registered subject, so this would be an important approach to a system capable of constantly measuring blood pressure in a non-invasive way. In order to capture signals such as heart rate, blood oxygen saturation and breathing cycles, sensors such as the MAX30102 were used, a module used as a pulse oximeter, with which the per centage of oxygen in the blood and heart rate were measured. The AD8232 corresponds to a module capable of filtering and amplifying cardiac and muscle signals, which acts as an electrocardiogram and was used as such. To record breathing cycles, a variable elastic resistance was used, which was placed on the individual’s chest, to measure the thoracic movements involved in breathing. An Arduino Uno R4 board was used to organize all this data into packages, which are sent to the computer to analyze, visualize and store this data in Igor Pro. Finally, an interface was developed in Igor, in which, using buttons, the reading, storage and end of the records is controlled. In addition to graphically displaying all the data obtained from the sensors and parameters calculated from them.