Wearable and Noninvasive Device for Integral Congestive Heart Failure Management in the IoMT Paradigm

Abstract

La monitorización remota no invasiva de las variables hemodinámicas es esencial para optimizar las oportunidades de tratamiento y predecir la rehospitalización en pacientes con insuficiencia cardíaca congestiva. El objetivo de este estudio es desarrollar un dispositivo portátil basado en bioimpedancia, que pueda proporcionar una medición continua del gasto cardíaco y el volumen sistólico, así como otros parámetros fisiológicos para un mayor pronóstico y prevención de la insuficiencia cardíaca congestiva. El sistema de bioimpedancia, que se basa en un principio de medición robusto y rentable, se implementó en un circuito integrado de aplicación específica CMOS y funciona como la sección frontal analógica del dispositivo, que cuenta con una sección de radiofrecuencia para comunicación inalámbrica. Los parámetros operativos del dispositivo portátil propuesto se configuran de forma remota a través de una interfaz gráfica de usuario para medir la magnitud y la fase de impedancias complejas en un ancho de banda de 1 kHz a 1 MHz. Como resultado de este estudio, se implementó un monitor de actividad cardíaca y se evaluó su precisión en 33 pacientes con diferentes enfermedades cardíacas, edades y géneros. El dispositivo propuesto se comparó con una técnica bien establecida como la ecocardiografía Doppler y los resultados mostraron que los dos instrumentos son clínicamente equivalentes.

Noninvasive remote monitoring of hemodynamic variables is essential in optimizing treatment opportunities and predicting rehospitalization in patients with congestive heart failure. The objec-tive of this study is to develop a wearable bioimpedance-based device, which can provide con-tinuous measurement of cardiac output and stroke volume, as well as other physiological param-eters for a greater prognosis and prevention of congestive heart failure. The bioimpedance system, which is based on a robust and cost-effective measuring principle, was implemented in a CMOS application specific integrated circuit, and operates as the analog front-end of the device, which has been provided with a radio-frequency section for wireless communication. The operating param-eters of the proposed wearable device are remotely configured through a graphical user interface to measure the magnitude and the phase of complex impedances over a bandwidth of 1 kHz to 1 MHz. As a result of this study, a cardiac activity monitor was implemented, and its accuracy was evaluated in 33 patients with different heart diseases, ages, and genders. The proposed device was compared with a well-established technique such as Doppler echocardiography, and the results showed that the two instruments are clinically equivalent.