Non-intrusive ECG acquisition test-bed

Abstract

Nowadays there is a variety of ElectroCardioGraphy (ECG) test equipment which can be used to assess the functionality of electrocardiographs. Current systems are intended for use in clinical or hospital environment, being highly accurate and more oriented to the generation of ECG tracings of arrhythmias, noise being fed from the power supplies, as well as deviations caused by breathing and muscular activity. There is a growing demand for devices that can capture the ECG waveform during daily routines, applications include fitness tracking, computer gaming, providing alerts to drowsy drivers or just non-intrusive health monitoring. As these devices become more popular, there is also the need to develop test equipment that can replicate such scenarios of operation. The system proposed in this project was developed for testing ECG devices for daily life use, in portable equipment and in less ideal environments, where there is more noise and interference, and in which the use of wet electrodes is impractical. In this project, a closed-loop test circuit is designed, allowing the testing of ECG platforms still in the development phase, which may be incorporated into devices used in everyday life. The developed circuit allows testing of these platforms using user-defined ECG waveforms, as well as performing differential mode and common-mode noise analysis, simulating ECG signal amplitude variations, variations in skin-electrode impedance, motion artifacts and lead-off events. The circuit developed in this project allows for the recording of the test result coming from the device under test for further processing. This project provides a novel application for a recently developed technique of impedance synthesis, based on transconductance amplifiers. Here the technique is applied to simulate the variations of the skin-electrode impedance.

Na atualidade, existe uma grande variedade de equipamentos de teste para EletroCardioGrafia (ECG). Estes sistemas são utilizados em ambiente clínico ou hospitalar, sendo equipamentos com uma precisão elevada e mais orientados à geração de traçados ECG de arritmias, interferência causada pelas redes de alimentação, bem como desvios causados pela respiração e atividade muscular. Existe uma procura crescente de dispositivos de aquisição de ECG para utilizar durante as rotinas diárias, as aplicações incluem monitorização durante o exercício físico, jogos de computador, geração de alerta de fadiga para condutores, ou apenas para monitorização do estado de saúde de forma não intrusiva. À medida que estes dispositivos se tornam mais populares, existe a necessidade de desenvolver equipamento de teste que consiga replicar os cenários de utilização. O sistema desenvolvido neste projeto é utilizado no teste de equipamentos ECG que podem ser utilizados diariamente, em dispositivos portáteis e em ambientes menos ideais, com ruído acentuado e interferência, e nos quais a utilização de elétrodos húmidos é impraticável. O circuito desenvolvido permite testar essas plataformas utilizando ondas de ECG definidas pelo utilizador, bem como realizar a análise de ruído de modo comum e de modo diferencial, de simular variações de amplitude do sinal de ECG, variações na impedância pele-elétrodo, artefactos de movimento e eventos de lead-off. O ficheiro de teste é totalmente configurável, permitindo ao operador do dispositivo a realização de uma grande variedade de testes. O sistema desenvolvido neste projeto permite a gravação do resultado do teste, permitindo a posterior realização de um conjunto mais extenso de análises. Este projeto apresenta uma nova aplicação para uma técnica recentemente desenvolvida de sintetizar impedâncias, baseada em amplificadores de transcondutância, que neste caso é aplicada para simular as variações da impedância pele-elétrodo.