Sistema para medição e análise de balistocardiografia baseado em MEMS

Abstract

O bombeamento do sangue estimulado pelo coração provoca uma variação do centro de massa do corpo, dando origem ao aparecimento de micromovimentos devido às forças de repulsão para que este mantenha o seu momento físico. Um sistema de balistocardiografia convenciona um método não invasivo, que tira proveito desses micromovimentos produzindo um sinal representativo do comportamento mecânico do sistema cardiovascular e do corpo. Nas últimas décadas, os avanços tecnológicos possibilitaram o desenvolvimento de sistemas de medição de BCG (balistocardiografia) de maior capacidade de diagnóstico, já que antigamente caíram em desuso devido ao aparecimento do ECG (Eletrocardiograma) e da Ressonância Magnética. Recentemente, têm sido desenvolvidos alguns sistemas para medição de BCG em diferentes abordagens, no entanto ainda apresentam certos inconvenientes uma vez que impõem algum limite prático na medição devido à posição desconfortável do utilizador, ou relativamente às características do sensor utilizado que exige a necessidade de estar em contacto com o corpo para uma aquisição plausível do sinal. Por outro lado, o progresso a nível da microtecnologia e do desenvolvimento de acelerómetros MEMS tem possibilitado a criação de sensores de elevada resolução. Entre eles, surge o desenvolvimento de acelerómetros MEMS baseados no tempo de pull-in que utilizam o tempo como mecanismo de transdução da aceleração, permitindo alcançar resoluções na ordem dos micro-g. Surge assim a oportunidade de implementar um sistema para aquisição de sinais de BCG que integre um acelerómetro MEMS baseado na medição de tempos de pull-in. Esta dissertação reflete o dimensionamento e implementação desse sistema de medição de BCG assim como o desenvolvimento de software para aquisição e visualização do sinal medido em tempo real. Com o intuito de averiguar a qualidade do dispositivo desenvolvido na deteção dos sinais de BCG, são implementadas métricas para identificação das ondas típicas desse sinal e que permitem determinar alguns eventos referentes ao comportamento cardíaco. Estes procedimentos habilitam a utilização deste sistema na realização de análises clinicas para uma investigação mais consistente da capacidade de diagnóstico desta técnica.

The heart pumping causes a variation of the body's center of mass, which creates micro movements due to the repulsive forces that keep the physical momentum. A ballistocardiography system is a non-invasive method, which takes advantage of these micro movements producing a representative signal of the mechanical behavior of the cardiovascular system and body. In recent decades, technological advances have enabled the development of ballistocardiography (BCG) measurement systems with reasonable performance, as opposed to the initial systems that revealed weaknesses and have fallen into disuse due to the appearance of the ECG (electrocardiogram) and Magnetic Resonance. Recently some BCG systems have been developed using different technological approaches, however they still present drawbacks related to signal acquisition such as uncomfortable user position during measurements, or using sensors that need to be in contact with the body to a plausible signal acquisition. On the other hand, the progress level of microtechnology and MEMS accelerometers has enabled the creation of high-resolution sensors. Among them, MEMS accelerometers based on the pull-in time, using time as the acceleration transduction mechanism, have been demonstrated and enable the measurement of micro-g signals. This raises the opportunity of implementing an acquisition system for BCG signals that incorporate a MEMS accelerometer based on the measurement of pull-in time. This dissertation addresses the design and implementation of such BCG measuring system as well as the development of software for the acquisition and visualization of the measured signal in real time. To determine the quality of the device developed in the detection of BCG signals, metrics for identification of the typical waves of the signal and for determining some events related to cardiac performance are also implemented. These procedures enable the use of this system to perform clinical analysis aiming a more consistent study of the diagnostic capability of this technique.