HeartBringer

Termin składania wniosku: bezterminowo

Cel projektu

Celem projektu było zaprojektowanie, zbudowanie oraz uruchomienie mobilnego układu elektrokardiograficznego o charakterze aplikacyjnym i edukacyjnym. Projekt odpowiada na realne potrzeby w obszarze nowoczesnych technologii medycznych, takich jak: obniżenie kosztów diagnostyki, rozwój telemedycyny i monitorowania domowego oraz edukacja i dostępność narzędzi badawczych. Dodatkowo, służy popularyzacji wiedzy inżynierskiej, demistyfikacji budowy skomplikowanej aparatury medycznej w prosty sposób. Służy również lepszemu zrozumieniu fizjologii ludzkiego ciała poprzez praktyczne działanie bez potrzeby korzystania z zaawansowanej aparatury szpitalnej.

O projekcie

W ramach przedsięwzięcia opracowaliśmy funkcjonalny, przenośny kardiomonitor, który udowadnia, że przy użyciu ogólnodostępnych podzespołów można stworzyć działający system pomiaru biopotencjałów. Projekt poszerza już uzyskaną przez nas wiedzę z zakresu inżynierii biomedycznej z praktycznym zastosowaniem elektroniki użytkowej.

Ważnym wymiarem projektu jest jego aspekt edukacyjny i społeczny. Pokazuje on, że inżynieria medyczna jest ogólnodostępna i powinna być popularyzowana. Tworząc własny układ od podstaw, jesteśmy w stanie zyskać głębsze zrozumienie tego, jak działają profesjonalne urządzenia kliniczne, z jakimi wyzwaniami trzeba mierzyć się przy projektowaniu toru analogowego, filtrowaniu zakłóceń oraz bezpiecznym odczytywaniu sygnałów biologicznych. Projekt ma na celu inspirowanie innych, rozbudzanie ciekawości naukowej oraz udowadnianie, że ambitne projekty sprzętowe są w zasięgu rąk osób pasjonujących się technologią.

Rozwiązanie projektowe i zasada działania

Prototyp został zaprojektowany i zmontowany przez duet studencki w skład którego wchodził Paweł Kordziukiewicz oraz Vanessa Stabla. Działanie układu jest bardzo zbliżone do profesjonalnej aparatury medycznej. Pomiary i akwizycja zaczynają się od prawidłowego przyklejenia elektrod biomedycznych do skóry (np. na klatce piersiowej lub kończynach). Następnie, czujnik przechwytuje mikrowoltowe impulsy elektryczne serca, aby w fazie przetwarzania sygnału impuls był wzmacniany i przesyłany do wejścia analogowego mikrokontrolera. W stworzonym przez nas oprogramowaniu surowe wartości są odczytywane i zapisywane. W kolejnym etapie, podczas wizualizacji i analizy, zebrane dane są przesyłane szeregowo do komputera, gdzie mogą być poddawane cyfrowemu filtrowaniu oraz wizualizacji w czasie rzeczywistym w postaci wykresów surowego sygnału oraz przebiegów przefiltrowanych, uwidaczniających charakterystyczne załamki fali EKG.

Wykorzystanie

Zbudowany kardiomonitor może nam posłużyć jako narzędzie aktywne, z którego korzystamy w sposób ciągły i wieloetapowy. Podczas pracy z układem podłączamy go bezpośrednio do komputera, co pozwala na bieżąco obserwować na ekranie monitora generowany przez serce elektryczny sygnał w czasie rzeczywistym. Dzięki temu zyskujemy natychmiastowy wgląd w rejestrowany rytm i przebieg aktywności biometrycznej. Układ pozwala na eksportowanie i zapisywanie tysięcy próbek pomiarowych w plikach tekstowych lub arkuszach kalkulacyjnych. Podczas sesji pomiarowych rejestrujemy m.in. dokładny znacznik czasu, surowe wartości odczytywane z przetwornika analogowo-cyfrowego oraz sygnał poddany wstępnemu odfiltrowaniu. Zebrane w ten sposób dane poddajemy szczegółowej analizie numerycznej i wizualizacji, co pozwala nam na ocenę stabilności pracy serca, badanie dynamiki zmian napięcia w czasie oraz weryfikację skuteczności zastosowanych algorytmów filtrowania cyfrowego w usuwaniu uciążliwych zakłóceń otoczenia. Uzyskane wykresy i przebiegi dają nam możliwość wstępnego zauważenia nietypowych odchyłek w rytmie pracy serca lub potencjalnych nieregularności w zapisie EKG, co w praktyczny sposób pozwala zastanowić się, czy u danej osoby nie występują sygnały mogące sugerować ukryte problemy kardiologiczne. Należy jednak pamiętać, że projekt jest jedynie prototypem, ma on charakter edukacyjno-badawczy i nie stanowi wyrobu medycznego, dlatego wszelkie zaobserwowane odchylenia traktujemy wyłącznie jako materiał do nauki i wstępnej obserwacji, pamiętając, że ostateczna diagnoza i interpretacja stanu zdrowia zawsze należą do lekarza specjalisty. Dzięki temu widzimy realne przełożenie teorii cyfrowego przetwarzania sygnałów na fizyczne parametry ludzkiego organizmu, łącząc pasję inżynierską z głębszą świadomością medyczną.

Podsumowanie, nauka i dalszy rozwój

Projekt zakończył się sukcesem, a zbudowany w ramach niego fizyczny układ poprawnie zbiera dane biometryczne, co zostało zweryfikowane poprzez analizę zarejestrowanych serii pomiarowych. Największą wartością projektu jest jednak zdobyte doświadczenie. Praca nad realizacją projektu pozwoliła nam dogłębnie poznać zasady działania systemów pomiarowych danych biomedycznych. Późniejsza ich analiza pokazała, jak ważne jest rozwiązywanie problemów zakłóceń sieciowych oraz konieczność zastosowania odpowiedniego filtrowania sygnałów. Fizyczne wykonanie modelu pokazało jak istotnym aspektem nauki jest łączenie nabytej teorii z praktyką. Efekt końcowy ukazał nam, że nawet trudne zagadnienia medyczne stają się bardziej zrozumiałe, gdy samodzielnie zbuduje się ich działający model.

Poprzez wykonanie projektu chcieliśmy pokazać, że tworzenie własnych rozwiązań technologicznych jest fascynującą ścieżką rozwoju, która uczy zarówno cierpliwości, jak i rozwija umiejętność rozwiązywania problemów. Pozwala to również na otwarcie drzwi do głębszego zrozumienia technologii medycznych.

Projekt okazał się na tyle ciekawy, że postanowiliśmy nie poprzestawać na pierwszym prototypie. Chcemy dalej zgłębiać ten fascynujący temat, dlatego zdecydowaliśmy się na opracowanie drugiej wersji projektu. Planujemy wzbogacić go o nowe funkcje oraz usprawnić dotychczasowe rozwiązania, aby nasz kardiomonitor stał się jeszcze bardziej funkcjonalny, niezawodny i zaawansowany technologicznie.

Vanessa Stabla, Paweł Kordziukiewicz