Utveckling av en kompakt BLE-modul i en portabel EKG : Med möjlighet till kontinuerlig dataöverföring

Sammanfattning

Elektrodiagram eller EKG används inom sjukvården för att mäta hjärtats elektriska aktivitet med hjälp av flera elektroder som placeras ut på kroppen. Från mätningarna kan indikationer på hjärtsjukdomar och störningar i hjärtrytm upptäckas och sedan behandlas. Hjärt- och kärl-sjukdomar är den vanligaste dödsorsaken i Sverige och behovet av EKG undersökningar är stort. Vanligtvis är EKG-apparaterna stora, otympliga och begränsade till sjukhus då de är komplicerade och dyra. Linköpings universitets forskningsgrupp tillsammans med flera examensarbeten har då tagit fram en prototyp på en kompakt och portabel EKG. Den portabla EKG-apparaten kopplas med en sele som är integrerad med elektroder och ska brukas av främst kvinnor, då utbudet av användarvänliga EKG:s till kvinnor är litet. Den tidigare portabla EKG:en är uppbyggd av två moduler, EKG-modulen och Nordic Thingy52. EKG-modulen konstruerad på ett specialanpassat kretskort som utför den faktiska mätningen av elektroderna och uträkningar. Den är sedan ihopkopplad med Thingy52 som ansvarar för den trådlösa kommunikationen till andra enheter via Bluetooth Low Energy eller BLE som det också kallas. BLE-modulen som innefattade Thingy52 och den modifierade källkoden från tidigare arbeten, klarade av viss trådlös kommunikation men ansågs vara förlångsam och klarade inte av kontinuerlig dataöverföring. Från de tidigare arbetena uppkom då frågeställningar om det var möjligt att vidareutveckla den tidigare BLE-modulen genom att förbättra dataöverföring och införa fler funktioner. De mest väsentliga önskemål var att optimera modulens dataöverföring till att bli kontinuerlig, införa funktionalitet för att spara mätvärden som en typ av backup och introducera ett enklare digitalt filter för att filtrera bort brus och störningar på mätvärdena. Utöver detta skulle även ett kompaktare och mindre kretskort till BLE-modulen tas fram som skulle ersätta Thingy52. Projektet började med att införskaffa kunskap och förståelse om hur befintliga och tillkommande funktioner samt tjänster fungerar samt hur de ska implementeras. Val om vilka komponenter och utvecklingsmiljöer som skulle användas under projektet fastställdes. Valen resulterade i att fortsätta med tidigare System-on-chip, SoC nRF52832 från Nordic Semiconductor som Thingy52 är utformad runt. Detta ledde till att befintliga utvecklingskort kunde användas och kretsschema från Thingy52 kunde återanvändas till det nya kretsschemat. Innan det eget skapade kretskortet kunde beställas och testas behövdes verifiering av att den valda SoC klarade av kontinuerlig dataöverföring. Detta kunde utföras på utvecklingskort nRF52 SDK med samma typ av SoC. Verifieringen av dataöverföringen var mer tidskrävande än vad som hade räknats med och tyvärr blev det inte tid att beställa kretskortet och kunde inte testas i praktiken. Ett kretsschema utfördes ändå som har mindre dimensioner än Thingy52 och innehåller de önskade delarna. Under utveckling av BLE-funktionen valdes det att använda Nordic:s nya utvecklingsmiljö som förenklade programmering av avancerade funktioner, till exempel BLE. Valet av att byta utvecklingsmiljö resulterade dock i att tidigare programmeringskod som hanterade konfigurering och dataöverföring med EKG-modulen, behövdes konverteras om till ett nytt operativsystem efter att Nordic bytt till operativsystemet Zypher. Detta gav i följd att funktioner och bibliotek inte stödes eller inte fanns. Efter detta flyttades fokuset till att implementera och integrera lagringsfunktionen med BLE- och EKG-funktionerna. Multitrådning infördes för att kunna utföra och optimera BLE-modulens funktioner. Tidsbrist gjorde att endast platshållare för framtida implementering av digitala filter kunde utföras. Utifrån de testresultaten över BLE-modulen är det även svårt att garantera att SoC hinner utföra filtrering av mätdata under det redan begränsade tidsintervallet. Efter en del problem och många tester resulterade examensarbetet slutligen i ett kompakt kretsschema som skulle kunna ersätta Thingy52. En BLE-modul som kan utföra dataöverföring med viss kontinuerlighet och samtidigt lagra mätdata till ett SD-kort utan att påverka kommunikationen med EKG-modulen eller användargränssnittet. Slutprodukten har även många möjligheter att utökas i framtida arbeten.