Full title: ACQUISIZIONE E TRASMISSIONE DEL BIOPOTENZIALE CARDIACO ATTRAVERSO UN LABORATORIO IOT CON SUCCESSIVA ESTRAZIONE E VISUALIZZAZIONE DELLA FREQUENZA CARDIACA PER FINI DIAGNOSTICI
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
- Acquisizione, condizionamento e invio di segnale cardiaco (ECG) tramite dispositivo Internet of Things (IoT) a basso costo.
- Ricezione e Memorizzazione ECG tramite Cloud distribuito con architettura a microservizi per l’elaborazione dei dati.
- 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.
