Rozšíření platformy openBCI o EKG modul

Abstract

Tento projekt se zabývá návrhem rozšíření pro platformu OpenBCI ve formě elektrokardiografu (EKG). Modul pro platformu OpenBCI bude zhotoven tak, aby platforma v budoucnu potencionálně cenově konkurovala klinickým polysomnografům od firmy Philips a kvalitou komerčním zařízením jako je Oura ring. Pro modul bude vytvořeno softwarové předzpracování a jeho naměřené hodnoty budou srovnány s klinickým přístrojem a simulátorem EKG. Platforma také bude rozšířena o měření dechové frekvence. Takový produkt by mohl v budoucnu přenést měření polysomnografie (PSG) do domácností a zvýšit dostupnost diagnostiky spánkových onemocnění. Hlavním výsledkem je prototyp modulu pásu s EKG elektrodami a externím obvodem pro měření dechové frekvence. Modul využívá zlatých elektrod pro záznam EKG křivky a tenzometru s obvodem Whaetsonova můstku, přístrojového zesilovače pro měření dechové frekvence. Signály jsou zpracovány pomocí skriptu v prostředí Matlab, který zobrazí signály, zvýrazní jednotlivé vlny signálu a vypíše hodnoty variability srdečního rytmu (HRV), tepové frekvence a dechové frekvence. Při testování EKG modulu byla zjištěna přesnost 98,9 % v porovnání s EKG simulátorem, kde monitor životních funkcí měl přesnost 96,7 %. Relativní chyba HRV mezi modulem a přístrojem Datex byla 78,6 %, ta byla ale způsobena kratším měřením a vysokou filtrací monitoru životních funkcí. Elektrický obvod pro měření dechové frekvence potvrdil, že měří dechovou frekvenci, není náchylný na náhodné pohyby a dokáže rozpoznat zadržení dechu. Modul EKG a obvod pro měření dechové frekvence pro OpenBCI byl sestrojen a základně otestován. V budoucnu je vhodné rozšířit testování a validovat potencionální klinickou úroveň kvality signálu. Pro ještě větší přiblížení OpenBCI k PSG bude dodáváno více modulů a dojde k navýšení kvality zpracování signálu. OpenBCI může v budoucnu přenést měření PSG do domácností, což umožní zvýšit počet spánkových měření, čímž dojde kesnížení počet neléčených pacientů s onemocněním apnoe.

This project deals with the design of an extension for the OpenBCI platform in the form of an electrocardiograph (ECG). The module for the OpenBCI platform will be made in such a way that in the future the platform will potentially compete in price with clinical polysomnographs from Philips and in quality with commercial devices such as the Oura ring. Software pre-processing will be created for the module and its measurements will be compared to a clinical device and an ECG simulator. The platform will also be extended to include breathing rate measurements. Such a product could in the future bring polysomnography (PSG) measurements into the home and increase the availability of sleep disorder diagnosis. The main result is a prototype of a belt module with ECG electrodes and an external circuit for breathing rate measurement. The module uses gold electrodes to record the ECG waveform and a strain gauge with a Whaetson bridge circuit, an instrumented amplifier for measuring respiratory rate. The signals are processed using a Matlab script that displays the signals, highlights the individual signal waves and outputs the heart rate variability (HRV), heart rate and respiratory rate values. The accuracy of the ECG module was found to be 98.9% compared to the ECG simulator, where the vital signs monitor had an accuracy of 96.7%. The relative HRV error between the module and the Datex was 78.6%, but this was due to the shorter measurement time and high filtering of the vital signs monitor. The electrical circuit for measuring the respiratory rate was confirmed to measure the respiratory rate, was not susceptible to random movements and could detect breath holding. The ECG and breathing rate measurement circuit module for OpenBCI was constructed and baseline tested. In the future, it is advisable to extend the testing and validate the potential clinical level of signal quality. To bring OpenBCI even closer to PSG, more modules will be added and the signal processing quality will be increased. In the future, OpenBCI may bring PSG measurements into the home to increase the number of sleep measurements and reduce the number of untreated apnoea patients.