RespirHò is an ANT-based wearable device designed to detect breathing parameters. The designed system consists of three IMU-based units for a long-term breathing pattern monitoring, in static conditions and during daily life activities. The idea is to place one unit on the thorax, one on the abdomen and the other one in a reference position not involved in respiratory-related movements, but integral with the trunk motions, and combine their signals to extract the respiratory parameters. The first step of the thesis work is the PCB implementation of a previously developed double sided protoboard, reducing the dimension and changing the shape, as well substituting obsolete hardware elements with newer ones. As a consequence, the firmware was updated to deal with the new elements. Moreover, a new case was designed to host the units during the trials and to easily keep the device on the subjects’ body. Finally, a new version of the algorithm for the offline analysis was realized using the Python programming language. The device was tested in terms of data loss and battery duration and then the breathing parameters were computed from four subjects in different postures/activities, according to a specific acquisition protocol. At the end of the acquisition protocol the subjects were asked to fill in an evaluation questionnaire, the results of which have highlighted that the device is easy to wear and can be used for a long period of time, but also is still difficult to be used autonomously.

RespirHò è un dispositivo wearable basato su tecnologia ANT progettato per rilevare i parametri respiratori. Il sistema progettato consiste di tre dispositivi contenenti una IMU per il monitoraggio a lungo termine di pattern respiratori, in condizioni statiche e durante le azioni di tutti i giorni. L’idea è di posizionare un’unità sul torace, una sull’addome e una in una posizione di riferimento non soggetta a movimenti relativi al respiro, ma solidale con i movimenti del tronco, e combinare i lori segnali per estrarre i parametri respiratori. Il primo passo del progetto di tesi è stato la realizzazione della PCB della versione prototipale precedentemente sviluppata, riducendone la dimensione, cambiandone forma e sostituendo elementi hardware obsoleti con nuove componenti. Come conseguenza, il firmware è stato aggiornato per interfacciarsi con i nuovi elementi. Inoltre, una nuova custodia è stata progettata per ospitare le unità durante le prove e mantenere facilmente i dispositivi attaccati al corpo del soggetto. Infine, una nuova versione del codice per l’analisi offline è stata realizzata usando il linguaggio di programmazione Python. Il dispositivo è stato testato in termine di perdita di dati, durata della batteria e, poi, i parametri respiratori sono stati calcolati per quattro soggetti in diverse posture/attività, definite in uno specifico protocollo di acquisizione. Al termine delle acquisizioni, ai soggetti è stato richiesto di rispondere a un questionario di valutazione, i quali risultati hanno evidenziato che il dispositivo è facile da indossare e può essere utilizzato per un periodo prolungato di tempo, ma anche che è ancora difficile utilizzarlo autonomamente.

RespirHo : an ANT-based implementation of a wearable device to detect breathing parameters

FRANCIOLI, LORENZO
2019/2020

Abstract

RespirHò is an ANT-based wearable device designed to detect breathing parameters. The designed system consists of three IMU-based units for a long-term breathing pattern monitoring, in static conditions and during daily life activities. The idea is to place one unit on the thorax, one on the abdomen and the other one in a reference position not involved in respiratory-related movements, but integral with the trunk motions, and combine their signals to extract the respiratory parameters. The first step of the thesis work is the PCB implementation of a previously developed double sided protoboard, reducing the dimension and changing the shape, as well substituting obsolete hardware elements with newer ones. As a consequence, the firmware was updated to deal with the new elements. Moreover, a new case was designed to host the units during the trials and to easily keep the device on the subjects’ body. Finally, a new version of the algorithm for the offline analysis was realized using the Python programming language. The device was tested in terms of data loss and battery duration and then the breathing parameters were computed from four subjects in different postures/activities, according to a specific acquisition protocol. At the end of the acquisition protocol the subjects were asked to fill in an evaluation questionnaire, the results of which have highlighted that the device is easy to wear and can be used for a long period of time, but also is still difficult to be used autonomously.
ALIVERTI, ANDREA
ANGELUCCI, ALESSANDRA
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
15-dic-2020
2019/2020
RespirHò è un dispositivo wearable basato su tecnologia ANT progettato per rilevare i parametri respiratori. Il sistema progettato consiste di tre dispositivi contenenti una IMU per il monitoraggio a lungo termine di pattern respiratori, in condizioni statiche e durante le azioni di tutti i giorni. L’idea è di posizionare un’unità sul torace, una sull’addome e una in una posizione di riferimento non soggetta a movimenti relativi al respiro, ma solidale con i movimenti del tronco, e combinare i lori segnali per estrarre i parametri respiratori. Il primo passo del progetto di tesi è stato la realizzazione della PCB della versione prototipale precedentemente sviluppata, riducendone la dimensione, cambiandone forma e sostituendo elementi hardware obsoleti con nuove componenti. Come conseguenza, il firmware è stato aggiornato per interfacciarsi con i nuovi elementi. Inoltre, una nuova custodia è stata progettata per ospitare le unità durante le prove e mantenere facilmente i dispositivi attaccati al corpo del soggetto. Infine, una nuova versione del codice per l’analisi offline è stata realizzata usando il linguaggio di programmazione Python. Il dispositivo è stato testato in termine di perdita di dati, durata della batteria e, poi, i parametri respiratori sono stati calcolati per quattro soggetti in diverse posture/attività, definite in uno specifico protocollo di acquisizione. Al termine delle acquisizioni, ai soggetti è stato richiesto di rispondere a un questionario di valutazione, i quali risultati hanno evidenziato che il dispositivo è facile da indossare e può essere utilizzato per un periodo prolungato di tempo, ma anche che è ancora difficile utilizzarlo autonomamente.
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