Misura segnale cardiografico basata sul Pico PI W

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Dopo aver studiato il funzionamento degli strumenti per misurare il segnale cardiografico Miloš Rašić ha cercato di migliorarne la precisione.

Tenere traccia della pressione sanguigna è fondamentale per mantenere una buona salute, soprattutto quando si gestiscono condizioni cardiache. L’ingegnere elettrico Miloš Rašić lo sa fin troppo bene. Ma ha anche notato che le macchine possono essere difettose.

“Monitor di segnale cardiografico diversi hanno fornito misurazioni molto diverse e le loro prestazioni dipendevano molto dal livello della batteria, il che non è una buona cosa”, spiega ‘ingegnere. “Quindi, per il mio progetto di tesi di laurea, ho voluto esplorare i misuratori digitali della pressione sanguigna e scoprire come funzionano”. Ciò lo ha portato a sviluppare un dispositivo di misurazione del segnale cardiografico basato su un Raspberry Pi Pico W.

Gestione dell’esperimento

Quando Miloš si è avvicinato al suo progetto, aveva in mente un elenco di requisiti, tra cui spiccava la sicurezza. “Il dispositivo doveva avere isolamento ottico quando collegato a un PC ed essere alimentato a batteria o avere un alimentatore isolato”.

Come priorità, doveva misurare la pressione sanguigna. “Ciò includeva la misurazione della pressione dell’aria all’interno di un bracciale, il controllo di una piccola pompa dell’aria e il controllo di una valvola elettromagnetica”. Miloš voleva anche che il dispositivo utilizzasse un’unità microcontrollore ben supportata con funzionalità wireless, da qui l’uso di un Raspberry Pi Pico W. In un piccolo pacchetto era infatti presdente il supporto di una vasta comunità, il che significava che tutto sarebbe stato facile da risolvere.

Lungo il percorso, Miloš ha iniziato ad aggiungere altre funzionalità, tra cui uno stetoscopio e la possibilità di effettuare una misurazione ECG. Utilizzando una pinza per fotopletismografia (PPG), ha anche pensato che il dispositivo potesse rilevare i cambiamenti del volume del sangue nel letto microvascolare del tessuto e che, combinati, questi sensori sarebbero stati in grado di fornire una migliore comprensione della salute cardiaca di una persona.

Eppure era chiaro fin dall’inizio che non avrebbe creato un dispositivo medico. Invece, l’obiettivo finale era quello di effettuare letture e condurre esperimenti per scoprire un algoritmo ottimale per la misurazione della pressione sanguigna. “L’intera area dei misuratori della pressione sanguigna era una curiosità per me e volevo demitizzarla un po’ e in generale avere una piattaforma con cui altre persone potessero sperimentare”, spiega. “Così ho creato un’impostazione che può essere utilizzata per sperimentare nuovi metodi di analisi dei segnali cardiografici”.

Il centro del progetto

Per realizzare il progetto di misuratore del segnale cardiografico, si è messo al lavoro progettando il PCB prima di guardare gli altri componenti necessari, come la pompa, la valvola, la batteria e i connettori. Alcune parti erano abbastanza semplici, ad esempio il bracciale per la pressione dell’aria.

Il sensore ECG per registrare l’attività cardiaca era una parte importante della build. “Volevo estrarre gli impulsi dal segnale della pressione dell’aria e che l’ECG fosse la mia misurazione di riferimento in modo da sapere che l’algoritmo funzionava correttamente”, afferma. Per questo, Miloš ha incluso un layout personalizzato dell’AD8232 IC sul PCB (AD8232 è un blocco di condizionamento del segnale integrato per applicazioni di misurazione ECG), consentendo di effettuare misurazioni.

Miloš ha anche realizzato un morsetto PPG utilizzando una scheda MikroE Oxi5 Click che comunicava con il resto del sistema tramite I2C. “Il morsetto PPG è spesso utilizzato per misurare la saturazione dell’ossigeno nel sangue, ma poiché funziona rilevando i cambiamenti nel flusso sanguigno nel dito, è un sensore molto utile quando viene utilizzato in combinazione con il bracciale”, afferma Miloš. “Poiché il bracciale interrompe la circolazione nel braccio e quindi abbassa lentamente la pressione dell’aria all’interno fino a quando la circolazione non viene ripristinata, utilizzando il PPG possiamo avere una rilevazione precisa di quando il flusso laminare è stato ripristinato, ovvero il momento in cui la pressione dell’aria all’interno del bracciale è uguale alla pressione diastolica dell’aria”. Infine, è stato aggiunto un vecchio stetoscopio analogico. Miloš lo ha combinato con un piccolo microfono piezoelettrico, trasformando lo stetoscopio in un dispositivo elettronico. “Uno stetoscopio viene utilizzato quando si effettuano misurazioni manuali della pressione sanguigna e poiché questo è ancora lo standard per i metodi non invasivi, volevo vedere come appare il segnale sullo stetoscopio durante questo processo e se potevo trarne delle conclusioni”, rivela Miloš.

Mettere tutto assieme

Per dare un senso ai dati, Miloš ha deciso che il progetto avrebbe avuto bisogno di un’interfaccia grafica. “Questa avrebbe una visualizzazione in tempo reale di tutti i segnali misurati e la capacità di registrare tutti i dati in un file CSV”, afferma. Richiedeva una buona dose di programmazione; Python è stato utilizzato per codificare la GUI, gestendo l’interfaccia grafica, la comunicazione con il dispositivo e le capacità di registrazione dei dati. Python è stato utilizzato anche per analizzare i segnali registrati, mentre il firmware è stato scritto in C++, “in modo che funzioni il più velocemente possibile sul Pico”, spiega Miloš.

Con tutto funzionante, Miloš ha progettato un case. “Sulla parte superiore, c’è un coperchio con LED NeoPixel e un piccolo display OLED che può essere programmato per mostrare informazioni all’utente”.

Da allora, ha utilizzato il progetto per condurre molti test, i cui risultati sono visibili sulla pagina GitHub di Miloš. Il progetto è stato anche reso open source perché spera che aiuterà altri con i propri progetti.

Ovviamente, si tratta di strumenti fatti in casa, non adatti per diagnosticare problemi medici; Resta il fatto che questo progetto per la misurazione del segnale cardiografico è d’aiuto nell’acquisizionee comprensione di dati grezzi, olrte ovviamente ad essere uno sprone per il Maker esperto.

(Fonte: Raspberrypi.com)

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Luigi_Morelli

Definire ciò che si è non risulta mai semplice o intuitivo, in specie quando nella vita si cerca costantemente di migliorarsi, di crescere tanto professionalmente quanto emotivamente. Lavoro per contribuire al mutamento dei settori cardine della computer science e per offrire sintesi ragionate e consulenza ad aziende e pubblicazioni ICT, ma anche perche’ ciò che riesco a portare a termine mi dà soddisfazione, piacere. Così come mi piace suonare (sax, tastiere, chitarra), cantare, scrivere (ho pubblicato 350 articoli scientfici e 3 libri sinora, ma non ho concluso ciò che ho da dire), leggere, Adoro la matematica, la logica, la filosofia, la scienza e la tecnologia, ed inseguo quel concetto di homo novus rinascimentale, cercando di completare quelle sezioni della mia vita che ancora appaiono poco ricche.