Feedback on the Rate and Depth of Chest Compressions during Cardiopulmonary Resuscitation Using Only Accelerometers

Background Quality of cardiopulmonary resuscitation (CPR) is key to increase survival from cardiac arrest. Providing chest compressions with adequate rate and depth is difficult even for well-trained rescuers. The use of real-time feedback devices is intended to contribute to enhance chest compression quality. These devices are typically based on the double integration of the acceleration to obtain the chest displacement during compressions. The integration process is inherently unstable and leads to important errors unless boundary conditions are applied for each compression cycle. Commercial solutions use additional reference signals to establish these conditions, requiring additional sensors. Our aim was to study the accuracy of three methods based solely on the acceleration signal to provide feedback on the compression rate and depth. Materials and Methods We simulated a CPR scenario with several volunteers grouped in couples providing chest compressions on a resuscitation manikin. Different target rates (80, 100, 120, and 140 compressions per minute) and a target depth of at least 50 mm were indicated. The manikin was equipped with a displacement sensor. The accelerometer was placed between the rescuer's hands and the manikin's chest. We designed three alternatives to direct integration based on different principles (linear filtering, analysis of velocity, and spectral analysis of acceleration). We evaluated their accuracy by comparing the estimated depth and rate with the values obtained from the reference displacement sensor. Results The median (IQR) percent error was 5.9% (2.8-10.3), 6.3% (2.9-11.3), and 2.5% (1.2-4.4) for depth and 1.7% (0.0-2.3), 0.0% (0.0-2.0), and 0.9% (0.4-1.6) for rate, respectively. Depth accuracy depended on the target rate (p < 0.001) and on the rescuer couple (p < 0.001) within each method. Conclusions Accurate feedback on chest compression depth and rate during CPR is possible using exclusively the chest acceleration signal. The algorithm based on spectral analysis showed the best performance. Despite these encouraging results, further research should be conducted to asses the performance of these algorithms with clinical data.

Desarrollo de software para la realización de ensayos dinámicos de mecanismos de cinemática paralela

[ES]El presente Trabajo de Fin de Grado tiene como objetivo contribuir al desarrollo de un proyecto de investigación mediante la programación y control del movimiento de mecanismos de cinemática paralela para la realización de ensayos dinámicos. Dicho proyecto está enmarcado dentro de una línea de investigación del grupo de investigación CompMech de la UPV-­‐EHU que gira en torno al desarrollo y estudio de este tipo de mecanismos. Esto es; este trabajo, más allá de la utilidad que pudiera tener por sí mismo, está pensado para formar parte de un proyecto de mayor envergadura, para cuyo éxito será imprescindible la colaboración con otros investigadores y la integración de este trabajo con los realizados por ellos. Consiste en la creación de un software para el control y movimiento de mecanismos, generando vibraciones para la realización de ensayos dinámicos. Para ello, se programarán sobre la plataforma LabVIEW la interfaz de usuario y el motor de cálculo. Una vez se compruebe que el programa funciona correctamente, se integrará dentro de un programa principal, un control articular que será el encargado de comunicarse con la máquina. Posteriormente, se procederá a la realización de ensayos experimentales sobre los propios robots, en taller. Se tomarán medidas mediante acelerómetros y otros dispositivos, determinando las medidas más adecuadas para su correcta validación. Finalmente, se generalizará el trabajo realizado para posibilitar su empleo futuro en diferentes mecanismos

Diseño y evaluación de un sistema de medida de aceleración en el elemento terminal de un manipulador de cinemática paralela

[ES]Este proyecto tiene como objetivo desarrollar una línea de investigación de opciones de sensorización de un mecanismo mediante acelerómetros. Se construirá para ello un sistema de adquisición y tratamiento de señales destinado a la sensorización de un mecanismo de cinemática paralela en base a los conocimientos adquiridos durante el curso. Se trabajará además con otros alumnos para llevar a cabo el diseño y montaje de un robot prototipo de cinemática paralela de dos grados de libertad sobre el que se experimentará y llevará a cabo el proyecto. Se plantean de este modo dos líneas de trabajo que se desarrollarán en este proyecto: Elaboración de un sistema de adquisición y tratamiento de señales adaptable a distintos sensores. Utilización de señales de múltiples acelerómetros para conocer en primer lugar aceleración, y de ser posible, posición de puntos de interés del mecanismo.

Implementación de un sistema de adquisición de datos analógico para la medida experimental de la posición y aceleración.

[ES]El objetivo de este proyecto es el desarrollo de un sistema de adquisición y tratamiento de señales analógicas para la medida experimental de la posición y aceleración. Por un lado, la adquisición de señales se llevará a cabo mediante una placa electrónica programable llamada “Arduino”. Por otro lado, haciendo uso de la plataforma LabVIEW, se creará un programa para analizar dichas señales. Se medirán señales analógicas provenientes de diferentes sensores (inclinómetros y acelerómetros).

Nuevos métodos de cálculo de la profundidad de las compresiones torácicas a partir de la señal de aceleración.

[EN]These feedback devices are used to improve the quality of chest compressions while performing CPR technique, as they provide real time information to guide the rescuer during resuscitation attempts. Most feedback systems on the market are based on accelerometers and additional sensors or reference signals, used for calculating the displacement of the chest from the acceleration signal. This makes them expensive and complex devices. With the aim of optimizing these feedback systems and overcoming their limitations, in this document we propose three alternative methods for calculating the depth of chest compressions. These methods differ from the ones existing so far in that they use exclusively the chest acceleration signal to compute the displacement. With their implementation, it would be possible to develop systems to provide accurate feedback more easily and economically. In this context, this document details the design and implementation of the three methods and the development of a software environment to analyze the accuracy of each of them and compare the results by means of a detailed calculation of errors. Furthermore, in order to evaluate the methods a database is required, and it can be compiled using a sensorized manikin to record the acceleration signal and the gold standard chest compression depth. The database generated will be used for other studies related to the estimation of the compression depth, because the signals obtained in the manikin platform are very similar to those recorded during a real resuscitation episode.

Sistema para la detección automática de pulso y respiración en la señal de aceleración.

ES]El proyecto descrito en este documento consiste en la investigación sobre la viabilidad de detección automática de pulso y respiración a partir de la señal de aceleración, medida mediante un acelerómetro posicionado bien en la carótida o en el pecho del paciente. El motivo de la utilización de la aceleración está principalmente en el bajo costo y por la tecnología sencilla de los acelerómetros. En este documento se explica cómo se ha montado una plataforma para la adquisición de las señales de aceleración y el electrocardiograma emitido por el corazón, en sujetos sanos. Con la base de señales adquirida se ha diseñado un método basado en el dominio de la frecuencia para detectar la presencia de pulso y respiración. Los resultados son prometedores y confirman la posibilidad de desarrollar estos detectores. Las herramientas desarrolladas podrán ser utilizadas para análisis futuros y para seguir avanzando en este estudio.

Cálculo de la profundidad de la compresión durante la resucitación cardiopulmonar administrada sobre colchón.

[ES]En este trabajo se estudia la precisión de un nuevo método de cálculo de la profundidad de las compresiones torácicas, a partir de las señales obtenidas de dos acelerómetros, cuando la reanimación cardiopulmonar es realizada sobre un colchón blando.

Dealing with the Effects of Sensor Displacement in Wearable Activity Recognition

Most wearable activity recognition systems assume a predefined sensor deployment that remains unchanged during runtime. However, this assumption does not reflect real-life conditions. During the normal use of such systems, users may place the sensors in a position different from the predefined sensor placement. Also, sensors may move from their original location to a different one, due to a loose attachment. Activity recognition systems trained on activity patterns characteristic of a given sensor deployment may likely fail due to sensor displacements. In this work, we innovatively explore the effects of sensor displacement induced by both the intentional misplacement of sensors and self-placement by the user. The effects of sensor displacement are analyzed for standard activity recognition techniques, as well as for an alternate robust sensor fusion method proposed in a previous work. While classical recognition models show little tolerance to sensor displacement, the proposed method is proven to have notable capabilities to assimilate the changes introduced in the sensor position due to self-placement and provides considerable improvements for large misplacements.