Machine Learning and IoT Applied to Cardiovascular Diseases Identification through Heart Sounds: A Literature Review

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Wearable bluetooth triage healthcare monitoring system

Triage is the first interaction between a patient and a nurse/paramedic. This assessment, usually performed at Emergency departments, is a highly dynamic process and there are international grading systems that according to the patient condition initiate the patient journey. Triage requires an initial rapid assessment followed by routine checks of the patients’ vitals, including respiratory rate, temperature, and pulse rate. Ideally, these checks should be performed continuously and remotely to reduce the workload on triage nurses; optimizing tools and monitoring systems can be introduced and include a wearable patient monitoring system that is not at the expense of the patient’s comfort and can be remotely monitored through wireless connectivity. In this study, we assessed the suitability of a small ceramic piezoelectric disk submerged in a skin-safe silicone dome that enhances contact with skin, to detect wirelessly both respiration and cardiac events at several positions on the human body. For the purposes of this evaluation, we fitted the sensor with a respiratory belt as well as a single lead ECG, all acquired simultaneously. To complete Triage parameter collection, we also included a medical-grade contact thermometer. Performances of cardiac and respiratory events detection were assessed. The instantaneous heart and respiratory rates provided by the proposed sensor, the ECG and the respiratory belt were compared via statistical analyses. In all considered sensor positions, very high performances were achieved for the detection of both cardiac and respiratory events, except for the wrist, which provided lower performances for respiratory rates. These promising yet preliminary results suggest the proposed wireless sensor could be used as a wearable, hands-free monitoring device for triage assessment within emergency departments. Further tests are foreseen to assess sensor performances in real operating environments

Hardware-software design of embedded systems for intelligent sensing applications

This Thesis wants to highlight the importance of ad-hoc designed and developed embedded systems in the implementation of intelligent sensor networks. As evidence four areas of application are presented: Precision Agriculture, Bioengineering, Automotive and Structural Health Monitoring. For each field is reported one, or more, smart device design and developing, in addition to on-board elaborations, experimental validation and in field tests. In particular, it is presented the design and development of a fruit meter. In the bioengineering field, three different projects are reported, detailing the architectures implemented and the validation tests conducted. Two prototype realizations of an inner temperature measurement system in electric motors for an automotive application are then discussed. Lastly, the HW/SW design of a Smart Sensor Network is analyzed: the network features on-board data management and processing, integration in an IoT toolchain, Wireless Sensor Network developments and an AI framework for vibration-based structural assessment

PRESENT AND FUTURE PERVASIVE HEALTHCARE METHODOLOGIES: INTELLIGENT BODY DEVICES, PROCESSING AND MODELING TO SEARCH FOR NEW CARDIOVASCULAR AND PHYSIOLOGICAL BIOMARKERS

The motivation behind this work comes from the area of pervasive computing technologies for healthcare and wearable healthcare IT systems, an emerging field of research that brings in revolutionary paradigms for computing models in the 21st century. The aim of this thesis is focused on emerging personal health technologies and pattern recognition strategies for early diagnosis and personalized treatment and rehabilitation for individuals with cardiovascular and neurophysiological diseases. Attention was paid to the development of an intelligent system for the automatic classification of cardiac valve disease for screening purposes. Promising results were reported with the possibility to implement a new screening strategy for the diagnosis of cardiac valve disease in developing countries. A novel assistive architecture for the elderly able to non-invasively assess muscle fatigue by surface electromyography using wireless platform during exercise with an ergonomic platform was presented. Finally a wearable chest belt for ECG monitoring to investigate the psycho-physiological effects of the autonomic system and a wearable technology for monitoring of knee kinematics and recognition of ambulatory activities were characterized to evaluate the reliability for clinical purposes of collected data. The potential impact in the clinical arena of this research would be extremely important, since promising data show how such emerging personal technologies and methodologies are effective in several scenarios to early screening and discovery of novel diagnostic and prognostic biomarkers

Fault detection system for internal combustion engines

Dissertação de mestrado, Engenharia Eléctrica e Electrónica, Instituto Superior de Engenharia, Universidade do Algarve, 2017O desenvolvimento de dispositivos para Internet das Coisas abre novas oportunidades na área de manutenção preditiva. A ideia geral da Internet das Coisas é ligar tudo à Internet, permitindo criar assim sistemas escaláveis suportados pelo processamento remoto, centralizado ou decentralizado. Com a utilização de módulos de baixa potência e de baixo custo, esses sistemas são também eficazes em termos de custo. Alguns estudos indicam que nos próximos anos a manutenção preditiva das máquinas será a principal aplicação da análise de dados na indústria, baseada em Internet das Coisas. Apesar de existirem vários tipos de máquinas, as mais importantes são os motores elétricos e os de combustão interna. Os motores elétricos são amplamente utilizados em diversos setores. Já os motores de combustão interna, por sua vez, são principalmente utilizados nas indústrias automóvel e marítima. Tipicamente, os motores modernos de combustão interna têm uma unidade de controlo computadorizado com capacidade de autodiagnóstico. Contudo, ao contrario da indústria automóvel que utiliza o sistema de On-board diagnostics, a indústria marítima não possui uma norma definida, ou pelo menos uma norma dominante. Isso acarreta a utilização de equipamentos de preço elevado para extrair informação sobre o estado do motor da unidade de controlo. Além disso, a monitorização é intermitente, obrigando ao proprietário de uma embarcação a efetuar a extração dos dados periodicamente para posterior análise. A monitorização das características de operação de um motor um processo fundamental numa manutenção preditiva, sendo que, pela monitorização de um ou mais parâmetros de uma máquina (incluindo a vibração, temperatura, etc.), tenta identificar uma mudança significativa na mesma, que, por sua vez, possa indicar o aparecimento de uma falha. A estratégia de monitorização preditiva assegura que as atividades de manutenção são executadas apenas quando são realmente necessárias, mas para tal é necessário monitorizar periodicamente ou constantemente o equipamento, processar os dados e analisar os resultados. Este método tem, no entanto, as suas desvantagens. O custo do equipamento portátil de monitorização, ou de um sistema estacionário que esteja permanentemente instalado, depende do tipo de variáveis monitorizadas, da precisão de medida, do ambiente de trabalho, ou até do nível de desenvolvimento do sistema. Para além disso, o defeito pode não ser detetado, ou então ser detetado um defeito não existente (um falso positivo, ou uma falsa detecção). Para efectuar uma monitorização preditiva, podem ser utilizados um ou mais métodos de monitorização. Os métodos principais são: análise de vibração, análise de óleo, análise de desempenho, termografia, ferrografia ou análise dos sinais acústicos. De entre todos, a análise de vibração é particularmente interessante, por ser um método não intrusivo e por permitir não só detetar as falhas, mas também classificá-las. Para monitorizar as vibrações de uma máquina utilizam-se transdutores de deslocamento, de velocidade ou de aceleração (acelerómetros). Os transdutores de deslocamento utilizados na indústria permitem medir apenas o deslocamento relativo, o que nem sempre é conveniente. Os preços dos transdutores industriais de velocidade são relativamente altos. Os acelerómetros piezoelétricos industrias também têm um preço elevado. Se as condições ambientais não forem exageradas (por exemplo, temperaturas elevadas) podem ser utilizados acelerómetros MEMS (Microelectromechanical system). Os acelerómetros do tipo MEMS não têm a resposta em frequência tão ampla como os piezoelétricos, no entanto a diferença de preço em relação às restantes opções é muito significativa, e os acelerómetros MEMS, hoje em dia, são praticamente todos digitais, o que simplifica o sistema. Outra alternativa é a película piezoelétrica feita a partir de polyvinylidene difluoride (PVDF). A resposta em frequência desta pelicula é por vezes melhor do que a dos acelerómetros piezoelétricos, com frequências de ressonância acima de 10 MHz. O preço de uma película PVDF depende das dimensões da película, mas é normalmente maior do que o preço de um acelerómetro MEMS, sendo ainda assim muito menor do que um acelerómetro piezoelétrico. É importante referir que há modelos de acelerômetros piezoelétricos que incluem amplificador, mas no caso da película PVDF requerem um circuito de condicionamento do sinal. Para além disso, no caso da película PVDF, tem que ser considerada a sensibilidade à interferência eletromagnética. Dado este contexto, o trabalho realizado nesta Tese resulta de uma proposta feita por uma empresa interessada em automatizar este processo, que entrou em contato com universidade para encontrar uma possível solução. O sistema desenvolvido baseia-se no conceito Internet das Coisas, efetuando a monitorização autónoma da condição do motor, de forma independente do sistema de autodiagnóstico que possa existir. Este trabalho tem, genericamente, três objetivos: (i) desenvolver um módulo de contabilização do número de horas de funcionamento do motor; (ii) desenvolver um módulo de monitorização de ocorrência de falhas num motor de combustão interna através da medição e análise de vibrações; (iii) investigar e analisar os resultados de monitorização, para identificar desvios de parâmetros de funcionamento e detetar de forma preditiva a ocorrência de falhas (antes que as mesmas ocorram realmente). O sistema, que compreende os módulos (i) e (ii), será montado no motor, comunicando com um dispositivo do cliente (por exemplo, um smartphone ou tablet) através de uma interface sem fios. Neste caso optou-se por utilizar uma ligação sem fios baseada na tecnologia Bluetooth Low Energy. Para implementação do módulo de contabilização do número de horas de funcionamento, recorreu-se a um sensor do tipo MEMS, por ter um consumo muito baixo. Já o módulo de módulo de monitorização de ocorrência de falhas recorre a um sensor do tipo PVDF, por permitir elevadas definições temporais na captura do sinal de vibração. Para efectuar a análise de dados que permite a identificação da ocorrência de falhas, foram testados e comparados um conjunto de 16 algoritmos de análise conjunta de dados no tempo e na frequência, suportando a identificação de falhas e a diferenciação entre tipos de falhas. Os algoritmos foram avaliados com base em dados reais, obtidos por falhas induzidas num motor de combustão interna, permitindo por essa via encontrar os algoritmos que melhor servem o objetivo proposto

Chest Wearable Apparatus for Cuffless Continuous Blood Pressure Measurements Based on PPG and PCG Signals

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Safe and Sound: Proceedings of the 27th Annual International Conference on Auditory Display

Complete proceedings of the 27th International Conference on Auditory Display (ICAD2022), June 24-27. Online virtual conference

The Extent and Coverage of Current Knowledge of Connected Health: Systematic Mapping Study

Background: This paper examines the development of the Connected Health research landscape with a view on providing a historical perspective on existing Connected Health research. Connected Health has become a rapidly growing research field as our healthcare system is facing pressured to become more proactive and patient centred. Objective: We aimed to identify the extent and coverage of the current body of knowledge in Connected Health. With this, we want to identify which topics have drawn the attention of Connected health researchers, and if there are gaps or interdisciplinary opportunities for further research. Methods: We used a systematic mapping study that combines scientific contributions from research on medicine, business, computer science and engineering. We analyse the papers with seven classification criteria, publication source, publication year, research types, empirical types, contribution types research topic and the condition studied in the paper. Results: Altogether, our search resulted in 208 papers which were analysed by a multidisciplinary group of researchers. Our results indicate a slow start for Connected Health research but a more recent steady upswing since 2013. The majority of papers proposed healthcare solutions (37%) or evaluated Connected Health approaches (23%). Case studies (28%) and experiments (26%) were the most popular forms of scientific validation employed. Diabetes, cancer, multiple sclerosis, and heart conditions are among the most prevalent conditions studied. Conclusions: We conclude that Connected Health research seems to be an established field of research, which has been growing strongly during the last five years. There seems to be more focus on technology driven research with a strong contribution from medicine, but business aspects of Connected health are not as much studied

Protocol for the Provision of Amplification v 2023.01

This Protocol addresses the provision of amplification (hereafter: \u27Amplification\u27) to infants and children who are receiving services from the Ontario Infant Hearing Program (IHP). For the purposes of this protocol, providing amplification includes the processes of prescribing a hearing aid (air or bone conduction) and/or other hearing assistance technologies based on appropriate assessment information, verification that the specified acoustical performance targets have been achieved, fitting the device on the child, and ongoing evaluation of device effectiveness in daily life. Amplification within the IHP does not include the provision of cochlear implants