Development of a custom-made chest-strap ECG wearable prototype for continuous cardiac monitoring

This thesis presents the design and validation of a wearable single-lead electrocardiographic (ECG) system developed for continuous cardiac monitoring in realistic daily-life conditions. The proposed platform integrates a compact hardware architecture with inertial sensing, onboard storage, and Bluetooth Low Energy (BLE) communication, enabling real-time wireless acquisition of physiological data. To improve wearability and user comfort, the system was designed to operate with a chest strap interface using dry electrodes as an alternative to conventional disposable electrodes. Experimental validation was performed through simultaneous acquisitions with a clinical reference system (Cosmed T12). Agreement was assessed using Bland–Altman analysis and correlation metrics on heart rate, RR intervals, QTc, and heart rate variability (HRV) indices. The results showed minimal bias and stable limits of agreement across subjects and activities. A qualitative morphological analysis further confirmed the preservation of key ECG features, including clear QRS complexes and stable rhythm patterns, despite expected amplitude differences due to electrode configuration. Overall, the developed prototype demonstrates the feasibility of a lightweight wearable ECG system capable of maintaining clinically relevant information while supporting future integration into remote monitoring and Body Sensor Network architectures.

Questa tesi presenta la progettazione e la validazione di un sistema elettrocardiografico (ECG) wearable a singola derivazione sviluppato per il monitoraggio cardiaco continuo in condizioni realistiche di vita quotidiana. La piattaforma proposta integra un’architettura hardware compatta con sensori inerziali, memoria di archiviazione locale e comunicazione Bluetooth Low Energy (BLE), consentendo l’acquisizione wireless in tempo reale di dati fisiologici. Per migliorare la vestibilità e il comfort dell’utilizzatore, il sistema è stato progettato per operare tramite un’interfaccia a fascia toracica con elettrodi dry, come alternativa agli elettrodi monouso tradizionali. La validazione sperimentale è stata condotta mediante acquisizioni simultanee con un sistema clinico di riferimento (Cosmed T12). L’accordo tra i sistemi è stato valutato tramite analisi di Bland–Altman e metriche di correlazione su frequenza cardiaca, intervalli RR, QTc e indici di variabilità della frequenza cardiaca (HRV). I risultati hanno mostrato un bias minimo e limiti di accordo stabili tra soggetti e attività. Un’analisi qualitativa morfologica ha inoltre confermato la preservazione delle principali caratteristiche dell’ECG, inclusi complessi QRS ben definiti e pattern di ritmo stabili, nonostante le differenze di ampiezza attese dovute alla configurazione degli elettrodi. Nel complesso, il prototipo sviluppato dimostra la fattibilità di un sistema ECG wearable leggero, in grado di mantenere informazioni clinicamente rilevanti e di supportare future integrazioni in architetture di monitoraggio remoto e Body Sensor Network.