Tesi: ACQUISIZIONE E TRASMISSIONE DEL BIOPOTENZIALE CARDIACO ATTRAVERSO UN LABORATORIO IOT CON SUCCESSIVA ESTRAZIONE E VISUALIZZAZIONE DELLA FREQUENZA CARDIACA PER FINI DIAGNOSTICI

Tesi-ECG-Presentazione-NISCI

Sommario

In un mondo sempre piu` interconnesso `e diventata pressante la necessit`a di far aggregare persone e fornire strumentazione condivisa.

In questa tesi abbiamo delineato per il nostro laboratorio remoto, una soluzione di analisi esperta per diagnosi mediche su rilevazioni cardiache. Il progetto si chiama ECGdrive ed `e composto da due moduli:

1. ECG Wizard Expertise – installato su un server per connettere i dispositivi ed elaborare il segnale

2. ECG Wizard Report – installato su desktop del medico

Il software realizzato, permette al medico curante di ricevere ed archivia- re le informazioni relative al segnale ECG dei propri pazienti semplificando e velocizzando le operazioni di diagnosi di tipo expertise guidando i processi decisionali e restituendo una convalida tecnica automatizzata.

Questi dati vengono elaborati su un sistema cloud distribuito con archi- tettura a microservizi garantendo la scalabilit`a e un flusso di lavoro sicuro, standardizzato ed efficiente con una interpretazione completa del tracciato ECG del paziente.

Una volta acquisiti i dati fisicamente dal paziente tramite un elettro- cardiografo collegato ad un microcontrollore monitorato e controllato da remoto, verranno strutturati e caricati su un database remoto (MongoDB) attraverso protocolli internet of things (real time) per l’elaborazione.

La tesi fornir`a informazioni generali sul flusso di lavoro e in particolare dei suoi componenti principali, fino alle fasi di progettazione finale per una interfaccia software.

L’applicazione desktop realizzata, utilizza un’archiviazione efficiente dei dati raggruppando i dettagli per paziente e consentendo una visualizzazione dello storico dei vari parametri vitali cos`ı da semplificare, eventuali diagnosi.

I dati storici sono archiviati senza riferimenti a dati personali, al fine della garanzia della privacy e della sicurezza ma comunque organizzati per data di acquisizione, sesso ed et`a pur potendo in futuro prevedere altre informazioni.

Il funzionamento e l’interfaccia client si basano interamente sulle tecno- logie tipiche del web abbinate ad un framework open- source che permette l’utilizzo di queste tecnologie in ambito desktop.

Gli attuali progressi nel campo dell’informatica medica e delle comu- nicazioni consentono la progettazione di sistemi intelligenti ed expertise in grado di gestire diversi attuatori e/o dispositivi da una postazione centrale, anche remota.

OBIETTIVI DELLA TESI

  1. Acquisizione, condizionamento e invio di segnale cardiaco (ECG) tramite dispositivo Internet of Things (IoT) a basso costo.
  2. Ricezione e Memorizzazione ECG tramite Cloud distribuito con architettura a microservizi per l’elaborazione dei dati.
  3. Visualizzazione ECG in tempo reale tramite applicazione desktop ad hoc, con memorizzazione e estrazione di Battito Cardiaco (HR).

TELEMEDICINA

• È una pratica medica per diagnosi e terapia a distanza

• Usa dispostivi capaci di interfacciarsi con il corpo umano e che utilizzano protocolli internet per comunicare dati fisiologici al medico

INTERNET OF THINGS E INDUSTRIA 4.0

  • IoT è un neologismo riferito all’ estensione di Internet agli oggetti in maniera autonoma (Machine to Machine).
  • Stravolto il concetto di industria introducendo macchinari automatizzati e portando ad una nuova concezione di Industria 4.0

DISPOSITIVI IoT

  • Dispositivi elettronici in grado di comunicare tramite protocolli Internet
  • Laboratorio da remoto sviluppato dal Dott. D.Pirrone per programmare dispositivi IoT tramite Python

ACQUISIZIONE E CONDIZIONAMENTO DEL SEGNALE

• Catena di acquisizione:
– AD8232 ( 3 elettrodi di superficie) – Arduino Uno

• Parametri:
– Frequenza Campionamento: 100 Hz – Durata 2 min. (12000 campioni)

• Filtraggio digitale:
– Rimozione rumore e artefatti

RICEZIONE DEL SEGNALE

• Metodologia, architettura e scambio di messaggi (cloud)

• Microservizi
• Docker
• RabbitMQ (Message Broker)

MESSAGING

• Direct exchange: effettua l’inoltro dei messaggi verso le code sulla base della routing key.

• Fanout exchange: effettua l’inoltro dei messaggi verso tutte le code a cui esso è collegato.

ARCHITETTURA CLOUD

Ogni servizio è suddiviso in micro-servizi. Lo Storage, Broker e Applicazione server sono implementati in container docker separati. I dati in ricezione vengono immessi in ordine sulla coda di messaggi, poi distribuiti attraverso la rete di nodi per l’elaborazione del segnale.

ANALYZER

Costituito da:

1. Il manager (Accumulator) mantiene solo una lista di riferimenti (l’id del paziente)

2. L’ AccumulatorProcessor può trovarsi su un’altra macchina remota tramite Docker e RabbitMQ.

STORAGE

• Memorizza un singolo valore di MongoDb database

• Libera il processo principale del salvataggio su DB.

ECG WIZARD REPORT (DESKTOP APP)

• L’applicazione desktop nasce per:
1. Visualizzazione dei parametri salvati sul

Cloud dal dispositivo IoT.

2. Monitoraggio aggiornato da parte del medico curante o dal medico di laboratorio.

DETTAGLI PAZIENTE E ECG (REAL TIME)

• Visualizza i dati proveniente dal paziente.

• Aggiorna i dati in tempo reale

CONCLUSIONI

• Lavoro di questa tesi è focalizzato in:

– Acquisizione segnale ECG
– Invio e mem. del segnale.
– Visualiz. real-time del segnale.

– Calcolo del HR in quasi real-time.

• Vantaggi della telemedicina:
– Riduzione dei costi.
– Fruire un servizio da remoto.
– Intervenire in maniera tempestiva.

Tesi-ECG

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