Cómo construir un pulsómetro y un dispositivo de seguimiento de la actividad

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Hace unas semanas, mi médico me dijo que vigilara mi corazón con la ayuda del kit de herramientas de bricolaje BITalino, y escribí sobre ello en Why my doctor prescribed me open hardware. Aunque podría seguir tirándome un montón de cables y un PCB todos los días (Figura 1), los dispositivos fisiológicos miniaturizados de computación son bastante divertidos para construir y jugar con ellos -al menos para mí-, así que decidí hacer algo más práctico.

Como este proyecto puede ser de interés para otros, escribí este tutorial explicando la creación de CubiKG, un dispositivo similar a un monitor Holter para el seguimiento del corazón y la actividad. Además, para que se ajusten a la capacidad de atención de todos, les proporcioné los aspectos más destacados y una forma más detallada de hacerlo que recorre cada paso para guiarlos a través del proceso de construcción.

Figura 1: Colocación de ECG BITalino en un equivalente a lo que se conoce como el triángulo de Einthoven.

Resaltado rápido

He tomado la mayoría de las partes vistas en la Figura 1, las he convertido en el dispositivo CubiKG que se muestra en la Figura 2, he usado OpenSignals para la grabación de datos o la aplicación BITadroid de David Marquez (cuando está de viaje), y luego he mirado los datos usando el complemento Heart Rate Variability (HRV) para OpenSignals.

Figura 2: Dispositivo CubiKG vestible que resultó de esta construcción; mide Electrocardiografía (EKG) y datos de movimiento.

¿Qué he aprendido? Como parece, mis arritmias desaparecieron, lo que significa que podrían haber sido inducidas por el estrés. La Figura 3 muestra los Intervalos Interbatales (IBI) de un registro realizado cuando aparecieron los síntomas (izquierda), y de un registro ahora (derecha).

Los datos muestran que antes, las arritmias eran claramente perceptibles, como lo demuestran los grupos de puntos rojos (Figura 3, izquierda). Ahora, considerando el aspecto de una dispersión IBI típica, todo parece estar bien, porque la nube de puntos tiene una dispersión bastante normal (Figura 3, derecha).

Figura 3: Diagrama de Pointcaré con los Intervalos Interbatales (IBI) cuando empecé a notar arritmias (izquierda) y en el momento de escribir (derecha). Mucho mejor.

En el camino, he logrado reunir un conjunto básico de herramientas que pueden ayudar a mi médico a ver cómo está mi corazón.

Cómo construir el hardware de CubiKG

Materiales: Esta construcción comenzó con un kit de HeartBIT, a saber, un sensor de electrocardiografía (ECG), un acelerómetro (opcional), un LED (opcional), una MCU, un módulo de administración de energía, un módulo Bluetooth, un cable de electrodos de 3 derivaciones, unos cuantos electrodos y una batería.

Herramientas: La mayoría de estos ya los tienes, o los puedes encontrar fácilmente en cualquier tienda de electrónica general (por ejemplo, SparkFun), pero definitivamente necesitarás alambres (los más pequeños, los mejores), pinzas, alicates (regulares y cortadores de alambre), alfileres de cabeza, y soldador y soldador y un soldador. Una pistola de pegamento y un taladro también serán útiles.

Paso 1: Comience por romper todos los componentes. La mayoría salen de inmediato si los sacudes un par de veces, pero para la MCU, tendrás que tener más cuidado y usar pinzas para ayudar en el camino.

Paso 2: Algunas de las piezas (el ECG y el módulo de potencia) tienen clavijas metálicas sobresalientes, que deberá cortar para lograr el factor de forma más pequeño.

Consejo: En el bloque de potencia, es una buena idea aplicar pegamento o un adhesivo que pueda aislar los pines de la batería para evitar cortocircuitos.

Resultado Desde los Pasos 1 y 2 deberías haber terminado con este juego de piezas:

Paso 3: Suelde un cable a cada uno de los pines etiquetados como TX (azul), RX (amarillo), DVCC (rojo), STAT (blanco) y DGND (negro) al módulo Bluetooth.

Consejo: Cuando se utiliza un cable de medición pequeño (como en este caso), el calor del soldador puede ser una buena manera de pelar los cables.

Paso 4: Recorte los cables del módulo Bluetooth a la longitud necesaria para que cada clavija llegue a su contraparte en la MCU y luego suelde cada cable; un procedimiento práctico puede ser aplicar soldadura a cada una de las clavijas de la MCU.

Entonces sólo tendrá que calentarlo y deslizar el cable en la soldadura fundida.

Resultado Después de este paso usted debe tener el Bluetooth bien emparejado con el MCU.

Paso 5: Ahora es el momento de preparar las cosas para el bloque de potencia…. soldar pines de cabecera a DVCC, A6, DGND, AVCC, VSS, AGND, A5 y O1 en la MCU.

Consejo: Para obtener el factor de forma más delgado, generalmente deslizo los pines desde la parte inferior de la placa hacia arriba y recorto los pines una vez soldados.

Resultado Después de este paso usted debe terminar con una buena base para el bloque de potencia en el que se encajará; tenga en cuenta que también he aprovechado la oportunidad para soldar la clavija de soporte en el módulo Bluetooth a I1 para reforzar todo el conjunto.

Paso 6: Conecte al menos la clavija A1 (a la que se conectará el sensor de ECG). Para esta construcción, he elegido hacer el dispositivo un poco más completo, y he añadido el acelerómetro opcional (para el seguimiento de la actividad) y un LED (para la señalización de eventos). Si desea hacer lo mismo, además de A1, conecte A2, A3, A4, y también agregue dos cables a O4, uno de los cuales debe soldar a I1 (consulte la sección Resultado Final para obtener más detalles).

Consejo: También para la anotación de eventos, soldar O1 a I4 también puede ser útil (consulte la sección Resultado Final para obtener más detalles).

Paso 7: Conecte el módulo de alimentación a los pines del cabezal aplicados en el paso 5 y suéldelos. Para obtener un dispositivo algo más ordenado, generalmente elijo pasar los cables del canal (Paso 6) a través de las vías no utilizadas en el módulo de alimentación.

Consejo: Después de este paso ya debería poder realizar algunas pruebas en su dispositivo, conectando una batería, emparejándola con el ordenador y adquiriendo datos utilizando OpenSignals o la aplicación BITadroid.

Paso 8: Si sólo está utilizando el sensor de ECG, suelde un cable a AVCC, otro a VSS y otro a AGND. Si también estás usando el acelerómetro y el LED (como en mi caso), suelda tres cables a AVCC (rojo), un cable a VSS (amarillo) y tres cables a DGND (negro).

Paso 9: Omita este paso si sólo está usando el sensor de ECG, de lo contrario, tome la tarjeta del acelerómetro y suelde un cable AVCC (rojo) a la clavija AVCC, un cable AGND (negro) a la clavija AGND, el cable A4 a la clavija Z, el cable A3 a la clavija Y, y el cable A2 a la clavija X.

A continuación, puede colocar el sensor boca abajo en el espacio disponible en el módulo de alimentación.

Consejo: A continuación, pasamos al sensor de ECG, y un procedimiento que ahorra espacio es utilizar un cortaalambres para quitar la carcasa de plástico del enchufe.

El resultado es un montaje mucho más compacto (ver figura abajo).

Paso 10: Tome la tarjeta del sensor de ECG y suelde un cable AVCC (rojo) a la clavija AVCC, un cable AGND (negro) a la clavija AGND, el cable VSS (amarillo) a la clavija VSS, y el cable A1 desde la MCU a la clavija A3 en la tarjeta del sensor de ECG.

Consejo: Si suelda los cables con la placa del sensor al revés, quedarán ocultos en el ensamblaje final como se muestra a continuación.

Paso 11: Voltee la placa del sensor de ECG para sentarse en la parte superior del módulo Bluetooth. Si también está utilizando el LED, suelde un cable AGND (negro) a la clavija AGND y el cable O4 desde la MCU a la clavija O3.

Paso 12: Pegue todo en su lugar, por ejemplo, con una pistola de pegamento.

Resultado El resultado de los pasos anteriores debe ser una pieza de hardware agradable y compacta similar a ésta.

Toques finales

Paso 1: Conecte los cables del electrodo.

Consejo: Desconecte el mecanismo de bloqueo del enchufe para ahorrar espacio adicional.

Paso 2: Conecte la batería. Para mí, todo esto se trata de conseguir el dispositivo más pequeño posible, así que he utilizado una batería de 500 mAh en lugar de la batería de 850 mAh que se muestra en los materiales, ya que se ajusta mejor a la huella de esta disposición de hardware en particular.

Consejo: Agregue cinta adhesiva de doble cara a la parte posterior de los módulos MCU y Bluetooth para asegurar la batería en su lugar.

Paso 3: Arregle los cables de los electrodos según sus preferencias; en mi caso, opté por hacerlos lo más largos posible para hacer un dispositivo más práctico, de modo que los cables IN e IN+ se enrollaran teniendo en cuenta la distancia entre mi cuello (donde se colocará el electrodo de referencia) y mis clavículas (donde se colocarán los electrodos de medición).

Consejo: Pegue los cables de tal manera que el IN+ y el IN- salgan del dispositivo en un ángulo lo más recto posible.

Paso 4: He envuelto el electrodo de referencia de tal manera que el conector de encaje en el centro del dispositivo (para que la unidad esté bien equilibrada alrededor del centro de masa aproximado).

Consejo: Los pasos 3 y 4 se pueden reemplazar recortando los cables del electrodo a la longitud deseada y soldándolos directamente a la placa del sensor de ECG; sin embargo, creo que esta configuración en particular es mejor para el mantenimiento futuro (por ejemplo, los cables del electrodo se pueden reemplazar más fácilmente si es necesario).

Paso 5: Imprimir una carcasa adecuada al tamaño total de su dispositivo (Acabo de escalar e imprimir uno de los modelos de caja 3D para el BITalino Freestyle)….

…y taladre los orificios para el electrodo de referencia y para los cables de los electrodos IN+ y IN-.

Consejo: Se aconseja un material transparente para imprimir el modelo, para que los LEDs puedan brillar a través de él.

Resultado

Usando sólo el ECG se reduce a unos pocos pasos de esta construcción; sin embargo, esta versión en particular del dispositivo le da un conjunto de mediciones bastante bueno con ECG (A1), datos de movimiento de 3 ejes (A2-A4), y nivel de batería (A6). Además, también le permite realizar anotaciones de eventos, siempre que sienta que ha ocurrido algo diferente (por ejemplo, un latido cardíaco más fuerte).

Si ha seguido el tutorial completo, la anotación de eventos se puede hacer de forma «silenciosa» (activando O1) o con retroalimentación visual (activando O4, que a su vez activa el LED).

La conexión de O4 a I1 (u otra entrada digital) y de O1 a I4 (u otra entrada digital) es realmente opcional, ya que puede replicar el propósito a través del software; sin embargo, estas conexiones alimentan la señal de disparo directamente al dispositivo, proporcionándole una forma más fácil de almacenar las anotaciones junto con los datos grabados.

El dispositivo CubiKG: Esto es todo, un cubo que puede sentir tu corazón, movimiento y recibir tus eventos.

Herramientas de software

Actualmente se puede utilizar OpenSignals (r)evolution para la visualización en tiempo real, grabación y reproducción de los datos una vez almacenados. Recientemente se ha puesto a disposición un complemento para el análisis de la variabilidad de la frecuencia cardíaca (VFC), que facilita enormemente el proceso de extraer detalles significativos de los datos (por ejemplo, la Figura 3) que pueden ser revisados más fácilmente por su médico. A veces, es más conveniente usar el móvil (por ejemplo, cuando se está deambulando por la casa o la oficina), en cuyo caso, ya sea la aplicación BITadroid de David G. Marquez, o el BITalino DataLogger de Borja Gamecho son bastante útiles.

Descargo de responsabilidad

Las plataformas de hardware de bricolaje, como la BITalino, son en su mayoría herramientas educativas, y no deben ser consideradas como dispositivos médicos o utilizadas para el diagnóstico médico. Si aparecen síntomas, siempre visite a un médico autorizado.

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