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Title: Desarrollo de un sistema de monitoreo cardíaco inteligente de bajo costo utilizando TinyML.
Authors: Alvarado Barros, Xavier Alejandro
Sabagay Vizueta, Gabriela Stefania
Criollo Bonilla, Ronald Raúl, Director
Keywords: Monitoreo cardiaco
TinyML
arritmias
accesibilidad
ESP32
Issue Date: 11-Apr-2025
Publisher: ESPOL.FIEC
Citation: Alvarado Barros X.A. y Sabagay Vizueta G.S. (2024). Desarrollo de un sistema de monitoreo cardíaco inteligente de bajo costo utilizando TinyML. [Proyecto de Titulación]. Escuela Superior Politécnica del Litoral.
Abstract: The project develops a portable cardiac monitoring system based on TinyML to detect arrhythmias in an accessible and affordable way. The main objective is to improve diagnostic capacity in areas with limited access to specialized medical equipment. The hypothesis is that a low-cost device can perform continuous monitoring in real time, facilitating the early detection of cardiac conditions and reducing disparities in health care. The justification lies in the high incidence of cardiovascular diseases in Ecuador and the need for inclusive solutions. The system was built using an ESP32 microcontroller, an AD8232 sensor, and an ADS1115 converter, integrated with the Edge Impulse platform to train a machine learning model. ECG signals from the public database PTB-XL were used, complemented with additional data collected from patients in different age ranges. These signals were processed using digital filters to improve their quality and reduce noise. Subsequently, classification models were retrained to differentiate between normal heart rhythms and episodes of atrial fibrillation. The results obtained from the tests carried out in Edge Impulse used inference with a segment of the dataset used in which the model was retrained and thus showed a 95% efficiency in detecting arrhythmias, with an 88% effectiveness in minimizing false positives. The prototype proved to be functional and accessible, with a total cost of $56.50. It is concluded that the proposed system is a viable tool for real-time cardiac monitoring, contributing to the early detection of cardiovascular diseases and improving equity in access to medical services. Keywords: Cardiac monitoring, TinyML, arrhythmias, accessibility
Description: El proyecto desarrolla un sistema de monitoreo cardíaco portátil basado en TinyML para detectar arritmias de manera accesible y económica. El objetivo principal es mejorar la capacidad diagnóstica en zonas con acceso limitado a equipos médicos especializados. La hipótesis plantea que un dispositivo de bajo costo puede realizar monitoreo continuo en tiempo real, facilitando la detección temprana de afecciones cardíacas y reduciendo disparidades en la atención médica. La justificación radica en la alta incidencia de enfermedades cardiovasculares en Ecuador y la necesidad de soluciones inclusivas. El sistema se construyó utilizando un microcontrolador ESP32, un sensor AD8232 y un conversor ADS1115, integrados con la plataforma Edge Impulse para entrenar un modelo de aprendizaje automático. Se utilizaron señales de ECG provenientes de la base de datos pública PTB-XL, complementadas con datos adicionales recolectados de pacientes en distintos rangos de edad. Estas señales fueron procesadas mediante filtros digitales para mejorar su calidad y reducir el ruido. Posteriormente, se reentrenaron modelos de clasificación con el objetivo de diferenciar entre ritmos cardíacos normales y episodios de fibrilación auricular. Los resultados obtenidos a partir de las pruebas realizadas en Edge Impulse, utilizaron la inferencia con un segmento del dataset empleado en el cual se volvió a reentrenar el modelo y es así como mostraron una eficiencia del 95% en la detección de arritmias, con una efectividad del 88% al minimizar falsos positivos. El prototipo demostró ser funcional y accesible, con un costo total de $56.50. Se concluye que el sistema propuesto es una herramienta viable para monitoreo cardíaco en tiempo real, contribuyendo a la detección temprana de enfermedades cardiovasculares y mejorando la equidad en el acceso a servicios médicos.
URI: http://www.dspace.espol.edu.ec/handle/123456789/65836
metadata.dc.identifier.codigoproyectointegrador: POSTG133
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