FlexBeat: A Wearable Prototype for Noninvasive Cardiovascular Monitoring

Abstract

Hjerte- og karsykdommer er fortsatt den største årsaken til global dødelighet. Effektiv og tidlig oppdagelse av symptomer er viktig for å forebygge død. Denne masteroppgaven undersøker bruken av bærbare enheter for kardiovaskulær overvåking, spesielt med fokus på systoliske tidsintervaller. En bærbar enhet kaldt FlexBeat ble som en del av denne masteroppgaven utviklet. Enheten inneholder en Elektrokardiografi- (EKG) sensor, samt en Seismokardiografi- (SCG) sensor for å innhente kardiovaskulære verdier fra hjertet. En test med 16 deltakere ble gjennomført for å verifisere funksjonaliteten til FlexBeat-enheten. Testen startet med at kandidaten slappet av for å etablere referanseverdier fra hjertet i hvile. Videre ble kandidaten skremt for å øke pulsen. Halvparten av de 16 gjennomførte testene ble diskvalifisert grunnet støy fra strømnettet, samt brukerfeil. Resultatene fra de vellykkede testene viser at den utviklede prototypen er i stand til å oppdage systoliske tidsintervaller, i tillegg til andre kardiovaskulære verdier som puls og signalamplitude. Verdiene hentet ut inkluderer hjertefrekvens, R-AO-intervall også kjent som Pre-ejection period (PEP), R-J og R-I intervaller oppnådd ved å ta i bruk en ekstra Ballistokardiografi (BCG) sensor, samt SCG og BCG amplitude. Av alle verdiene produsert av FlexBeat prototypen, ble det funnet statistiske signifikante endringer før og etter skremmingen i pulsen (p=0,0499) og SCG-amplituden (p=0,0499).

Cardiovascular diseases remain the leading cause of global mortality, necessitating effective early detection methods in order to prevent deaths. This master’s thesis investigates the use of wearable devices for cardiovascular monitoring, specifically focusing on the detection of Systolic Timing Intervals (STIs). As part of the thesis, a wearable prototype, called FlexBeat was developed. It incorporates Electrocardiography (ECG) and Seismocardiography (SCG) sensors to monitor the cardiovascular values. A test with 16 participants was conducted to verify the functionality of the FlexBeat. The test included a wind-down period to establish a baseline for the cardiovascular values, followed by a startle event designed to increase the test subjects’ heart rate. Unfortunately, half of the tests had to be discarded due to poor data quality resulting from interference from the power grid and user error. Nonetheless, the results from the test demonstrate that the developed prototype is capable of detecting STIs, as well as other cardiovascular values such as heart rate and signal amplitude. The extracted values include heart rate, R-AO interval, also known as Pre-ejection period (PEP), R-J and R-I intervals obtained by an additional Ballistocardiography (BCG) sensor, as well as SCG and BCG amplitude. Among the recorded values, statistically significant changes before and after the startle event were observed in the heart rate (p=0.0499) and the SCG amplitude (p=0.0499).