EKG-registrering under fysisk aktivitet. Kravspecifikation. Marcus Larsson Version Kravspecifikation. LIPs. TFYY51, Ingenjörsprojekt

Transkript

1 Marcus Larsson Version 1.33 TFYY51, Ingenjörsprojekt LIPs

2 Kund: IMT, Linköping Kontaktperson hos kund: Marcus Larsson, Kursansvarig: Urban Forsberg, Handledare Grupp 1: Thobias Romu, Handledare Grupp 2: Thobias Romu, TFYY51, Ingenjörsprojekt 2 (14) LIPs

3 INNEHÅLL 1 INLEDNING PARTER MÅL ANVÄNDNING BAKGRUNDSINFORMATION ÖVERSIKT AV SYSTEMET ÖVERGRIPANDE BESKRIVNING AV PRODUKTEN PRODUKTKOMPONENTER BEROENDEN GENTEMOT ANDRA SYSTEM INGÅENDE DELSYSTEM DELSYSTEM GENERELLA KRAV FÖR DELSYSTEM FUNKTIONELLT KRAV FÖR DELSYSTEM DELSYSTEM INLEDANDE BESKRIVNING AV DELSYSTEM DESIGNKRAV PRESTANDAKRAV UPPGRADERINGSBARHET EKONOMI LEVERANSKRAV OCH DELLEVERANSER DOKUMENTATION UTBILDNING REFERENSER TFYY51, Ingenjörsprojekt 3 (14) LIPs

4 Dokumenthistorik version datum utförda förändringar utförda av granskad Första versionen Erik Omfattande revidering av text och krav Erik Mindre editeringar av text Erik Arbetskopia; mindre editeringar av text, t.ex. ändring av felaktig hänvisning Erik Uppdatering av inaktuell text. Marcus Larsson Uppdatering av inaktuell text och krav. Marcus Larsson Mindre uppdatering av inaktuell text och krav. Marcus Larsson Mindre uppdatering av inaktuell text och krav. Marcus Larsson Mindre uppdatering av inaktuell text och krav. Marcus Larsson TFYY51, Ingenjörsprojekt 4 (14) LIPs

5 1 Inledning Dokumentet beskriver de krav som beställaren har ställt på projekt EKG-registrering under fysisk aktivitet" (EKG ElektroKardioGrafi). För att bättre kunna följa projektet kommer varje delkrav att beskrivas separat med ett löpande kravnummer som kan och bör användas genom hela projektarbetet. Kraven är antingen av typen originalkrav eller omarbetade/reviderade krav vilket framgår av kolumn två i kravframställan. Kolumn tre reglerar själva kravets beskrivning i en så kallad kravtext. I den högra kolumnen anges prioriteringsgraden hos kravet. innebär att kravet är ett grundkrav och måste vara uppfyllt för att kunden ska godkänna resultatet. Extra innebär att kravet ska utförs i mån av tid, efter det att alla grundläggande baskrav är uppfyllda. I anslutning till kraven kan även förklarande text finnas för att ytterligare klargöra kravet. 1.1 Parter Projektets parter utgörs av beställaren/kunden Marcus Larsson (IMT), projektgruppen, handledaren Thobias Romu (IMT) samt institutionstekniker/experter vid IMT. 1.2 Mål Målet med projektet är att projektgruppen ska inhämta kunskap om hur hjärtats elektriska ledningssystem fungerar, hur aktiviteten i detta system relaterar till hjärtmuskelns funktion, samt hur denna aktivitet kan detekteras, analyseras och tolkas. Detta inkluderar EKG:ets användbarhet för att karaktärisera fysiskt arbete samt att diagnostisera hjärtsjukdomar. Den inhämtade kunskapen ska sammanfattas och levereras till kund. Projektet syftar även till att inför kund demonstrera hur EKG:et kan registreras under ett arbetsprov och hur detta EKG kan analyseras för att återge hjärtverksamheten. Projektgruppen ska även föreslå ingenjörsmässiga lösningar till tränings- och diagnoshjälpmedel. 1.3 Användning Efter inhämtad kunskap och prototypframtagande ska projektgruppen kunna genomföra ett arbetsprov med tillhörande EKG-registrering enligt ett vetenskapligt förankrat protokoll. erat på dessa registreringar ska en individs fysisk status kunna bedömas. Projektgruppen ska vidare leverera ett analysprogram samt kunna ge förslag på hur EKG-systemet kan användas i framtida applikationer för att analysera fysisk träning. 1.4 Bakgrundsinformation För att en mänsklig individ ska kunna leva behövs det att varje cell har ett tillräckligt tillskott av livgivande syre och olika näringsämnen. Detta tillgodoses av blodet som via hjärtat pumpas runt i kroppens cirkulationssystem. Tyvärr arbetar inte alltid hjärtat som det är tänkt vilket kan göra att den mänskliga individen får cirkulatoriska besvär, så kallade patologiska förändringar. Detta kan resultera i att man inte kan leva ett vanligt aktivt liv. Hur gör man som ingenjör för att beskriva det biologiska systemet och hur konstruerar man ett tekniska hjälpsystem för att analysera hur det fungerar? TFYY51, Ingenjörsprojekt 5 (14) LIPs

6 2 Översikt av systemet I en studie, bestående av litteraturgenomgång och eventuella föreläsningar, kommer projektgruppen att bekanta sig med de anatomiska och funktionella enheterna i människans kardiologiska system. Parallellt sker ett kunskapsinhämtande, såväl teoretiskt som praktiskt, vad avser att mäta bioelektriska signaler. Projektgruppen ska ta fram specifikationer och generera testparametrar för att kontrollera funktionen hos det biologiska systemet. Försöksplanering, eventuellt tillsammans med projekthandledare och resurser från IMT, utförs för att projektgruppen ska kunna genomföra och dokumentera en eller flera gruppmedlemmars hjärtaktivitet i form av EKG-registreringar (figur 1). Figur 1. Exempel på karaktäristiskt EKG i form av ett pulsslag och illustration av dess olika delar. 2.1 Övergripande beskrivning av produkten Projektgruppen har i uppdrag att genomföra en förstudie genom att bygga upp en kunskapsbank avseende hjärtat, hjärtats retledningssystem (figur 2), EKG (figur 1) och viss kardiologi för att kunna utbilda kunden inom dessa områden. Material och litteratur kan bl.a. återfinnas i dokument som beskriver EKG eller anatomi och fysiologi, men även i teknisk litteratur. Ett analysprogram ska även levereras. Figur 2. Översikt av hjärtat och dess retledningssystem. TFYY51, Ingenjörsprojekt 6 (14) LIPs

7 2.2 Produktkomponenter Slutleveransen utgörs av utbildning för kunden och förslag på framtida användning av EKG-data genom att använda projektgruppens förvärvade kunskaper inom området. Dessa kunskaper kan uppdelas i två komponenter: en teoretisk del samt en praktisk del där kunskaperna förfinas och fördjupas under laborativa och experimentella betingelser. Kunskaperna används även till att utveckla ett enklare analysprogram. 2.3 Beroenden gentemot andra system Ser man kunskapen hos projektgruppen som slutprodukten är det uppenbart att beroenden finns gällande tidigare erfarenheter, föreställningar och kunskap hos projektmedlemmarna. Dessa referenssystem ses som något positivt och ska utnyttjas i projektarbetet för att maximera inhämtandet av kunskap både på den individuella nivån såväl som på den kollektiva nivån. Inom ramarna för projektarbetet uppmanas projektgruppen värna om och ta till vara alla medlemmars färdigheter för att nå bästa möjliga gemensamma resultat. Vidare förväntas ett professionellt arbetsförfarande. 2.4 Ingående delsystem Projektets delsystem är starkt integrerade, men en viss indelning kan göras i två delsystem utifrån tids- och leveransaspekter. Delsystem 1 omfattar dels ett kunskapsmål rörande orientering och kunskapsinhämtning kring hjärtat, EKG och hjärtverksamheten som elektriskt fenomen, och dels ett laborativt moment med registrering av vilo-ekg. Delsystem 2 omfattar en experimentell och praktisk verifiering av ett biologiskt system genom att utföra nedanstående uppgifter: dokumentera och demonstrera hur mätning vid så kallat fysiologiskt arbetsprov kan utföras samt eventuellt på individ under valfri fysisk aktivitet för att påvisa systemets användbarhet och lämpliga användning. med hjälp av MatLab, demonstrera hur analysen av EKG kan göras automatiskt för att underlätta diagnosticering av hur hjärtat arbetar. TFYY51, Ingenjörsprojekt 7 (14) LIPs

8 3 Delsystem 1 Delsystem 1 består av teoretisk kunskap som projektgruppen ska tillägna sig och vidareförmedla till kund. Följande avsnitt beskriver de krav som ställs på den teoretiska kunskapsinhämtningen, se även avsnitt Generella krav för delsystem 1 I detta avsnitt beskrivs generella och grundläggande krav på projektet. Kraven redovisas i form av undervisning/presentation för eller rapporter till kund. Krav nr 1 Original Beskriv EKG-signalens uppkomst och dess olika komplex. Hur uppkommer EKG-signalen? Vad svarar mot de identifierbara komplexen i EKGsignalen (figur 1) och hur kan informationen användas för att tolka hjärtats arbete? Krav nr 2 Original Gör en översikt av teorin för EKG-registreringar och hur de kan presenteras på olika sätt. Fortsättning på Krav 1 där EKG-registreringarna ska beskrivas ur ett tekniskt perspektiv samt hur de kan beskrivas med tekniska termer. Kan signalen beskrivas på olika sätt och vilka är lämpliga att använda? Krav nr 3 Original Projektgruppen ska för kunden beskriva hur hjärtats funktion och aktivitet kan studeras och beskrivas under fysisk aktivitet. Vilka tester finns att tillgå och hur kan de genomföras? Hur kan arbetsprov genomföras för att testa fysisk aktivitet eller fysisk kondition? Vad kan man förvänta sig ska hända i EKG:et? 3.2 Funktionellt krav för delsystem 1 Efter att kunskapsinhämtning skett ska projektgruppen utföra laboratorieförsök som styrker teoribildningen. Detta för att kunden ska få insikt i vad som är möjligt att utläsa ur olika typer av EKG-registreringar. Krav nr 4 Original Utför och dokumentera EKG-registreringar i vila med ett kommersiellt system. Krav nr 5 Original Utför och dokumentera EKG-registreringar i vila med ett kommersiellt 12 avledningars EKG-system. Extra Gruppmedlemmarna ska på ett professionellt och ändamålsenligt sätt kunna registrera tillförlitliga EKG-signaler. TFYY51, Ingenjörsprojekt 8 (14) LIPs

9 Krav nr 6 Original Utbilda kunden i hur EKG kurvor uppkommer och registreras, samt hur de kan tolkas. Se även avsnitt 4.3 och Krav nr 13 Detta krav ligger till grund för att kunna ta fram lämpliga parametrar som sedan ska analyseras. Lämpliga parametrar påvisas lämpligast genom en kombination av exempel på EKG-registrering och genom teoretisk kunskap. TFYY51, Ingenjörsprojekt 9 (14) LIPs

10 4 Delsystem 2 Följande kapitel beskriver kraven för delsystem 2 vilket rör människans hjärta och dess retledningssystem samt hur dess funktion kan beskrivas och studeras, se även avsnitt 2.4. Generellt angående hjärtan kan det noteras att de flesta djur har någon form av pumpande organ för att cirkulera syre, näringsämnen och slaggprodukter. Mer specifikt hos människan är hjärtat (figur 3) den första länken i en kedja av olika strukturer som förser kroppen med det syre och den näring som cellerna behöver för individens överlevnad. Figur 3. Ett mänskligt hjärta i genomskärning 4.1 Inledande beskrivning av delsystem 2 Kunskap från delsystem 1 ska i delsystem 2 användas till att studera människans hjärtat ur ett tekniskt perspektiv. Den nyvunna kunskapen ska tillsammans med anatomiska och fysiologiska fakta användas för denna tekniska beskrivning. 4.2 Designkrav Nedanstående krav kan betraktas som designkrav. Här bestäms elementen som är nödvändiga för att projektgruppen ska kunna gå vidare till nästa fas och använda sin kunskap. Krav nr 7 Original Ett mätprotokoll för registrering av data under lämplig fysisk aktivitet ska tas fram för att testa fysisk aktivitet. Protokollet ska vara vetenskapligt förankrat. Krav nr 8 Original Utför och dokumentera EKG-registreringar under rörelse och fysisk aktivitet med ett trådlöst system enligt mätprotokollet i Krav nr 7. Dessa krav innebär att projektgruppen förbereder sig inför utförandet av de praktiska mätningarna genom att planera och strukturera sitt arbete. Data samlas även in för användning under de automatiserade analyserna. Ett trådlöst system för EKGregistrering kan rekvireras från kund. TFYY51, Ingenjörsprojekt 10 (14) LIPs

11 Krav nr 9 Original Ett analysprogram ska skrivas i MATLABs utvecklingsmiljö. Programmet ska kunna analysera ett EKG automatiskt efter eventuella val av användaren. Ett analysprogram för EKG ska implementeras i Matlab. Nedanstående krav, under kapitel 4.3, dikterar programmets prestanda 4.3 Prestandakrav Det är först med kraven vilka presenteras i detta avsnitt som prestanda hos analysprogrammet definieras. Rustade med projektgruppens kunskap ska följande krav på programmet uppfyllas. I kraven nedan likställs pulsen med antalet hjärtslag per minut. Krav nr 10 Original Medelpulsen i ett insamlat EKG ska beräknas av programmet. Krav nr 11 Original Krav nr 12 Original Krav nr 13 Original Krav nr 14 Original Krav nr 15 Original Programmet ska kunna analysera pulsvariationer i en EKGregistrering. Programmet ska kunna analysera pulsvariationer i en EKGregistrering i realtid. Intressanta tider i EKG:et ska kunna analyseras och presenteras för användaren. Se även Krav nr 6. Programmet ska kunna analysera andningsmönstret hos försökspersonen. Programmet ska utformas som ett grafiskt användargränssnitt. Extra Extra Extra Extra 4.4 Uppgraderingsbarhet Detta avsnitt beskriver krav på systemets möjligheter till framtida utbyggbarhet och uppgradering. Krav nr 16 Original Projektgruppen ska presentera förslag på hur det trådlösa systemet i kombination med analysprogrammet kan användas inom träningsapplikationer. Projektgruppen ger rekommendationer för hur den anser att systemet bäst kan utnyttjas i framtida applikationer inom träningssegmentet. Kunden är intresserad av detta för att kunna bedöma möjliga framtida projekt och marknadsanalyser. TFYY51, Ingenjörsprojekt 11 (14) LIPs

12 Krav nr 17 Original Försöksdata ska sparas i en patientdatabas för att möjliggöra senare åtkomst och analys av genomförda arbetsprov. Databasen ska spara insamlade data och bör innehålla information om arbetsprovets utförande och identifikation för den testade. I tillägg bör lämpliga testparametrar också sparas. Databasen är i förlängningen tänkt att kunna användas för att studera träningsutveckling och för framtagande av normaldata. Krav nr 18 Original Programmet ska kunna ge vägledning under träning för att optimera träningseffekten. Extra För att en individ ska kunna träna på bästa tänkbara sätt bör återkoppling från systemet ges till användaren. Krav nr 19 Original Programmet ska kunna fungera som ett beslutsstödsystem för att diagnostisera patologiska förändringar. Extra Detta krav inriktar sig mer mot klinisk verksamhet där arbetsprov också utförs. Detta kan även vara av nytta under träning då okända latenta patologiska förändringar potentiellt kan upptäckas hos en tränande individ. 5 Ekonomi Detta kapitel beskriver krav vad gäller projektets ekonomi. Krav nr 20 Original Krav nr 21 Original Projektgruppen har tillgång till maximalt 120 timmar per deltagare för att utföra projektet. I mån av tid enligt Krav nr 20 ska lämpliga krav på nivå Extra uppfyllas. Se även kapitel 1. Projektgruppen ansvara för att planeringen blir sådan att maximal utdelning av nedlagd tid kan åstadkommas med en nöjd kund som följd. 6 Leveranskrav och delleveranser Detta kapitel beskriver krav på leveranser och delleveranser under projektets gång. Vid underkänt av något krav kommer skriftlig avrapportering eller komplettering att begäras in. TFYY51, Ingenjörsprojekt 12 (14) LIPs

13 Krav nr 22 Original Krav nr 23 Original Krav nr 24 Original Krav nr 25 Original Krav nr 26 Original Projektgruppen skall leverera en projektplan till kund senast 11 dagar efter beställarmötet. Delleverans 1 (BP3): I en muntlig redovisning (á 20 min) ska projektgruppen inför kunden presentera och demonstrera att projektgruppen kan beskriva hur EKG:et uppkommer, hur det kan mätas samt hur dessa mätningar kan tolkas, enligt kraven beskrivna i kapitel Delsystem 1. Detta inkluderar resultatet från egna mätningar. Leveranstidpunkt: ~projektvecka 5. Delleverans 2 (BP4): Projektgruppen skall leverera ett protokoll som utförligt beskriver hur mätningar under aktivitet ska utföras (se Krav nr 8). Mätningarna får ej påbörjas innan protokollet godkänts av kund. Leveranstidpunkt: ~projektvecka 7. Projektgruppen ska leverera en teknisk dokumentation som ska innehålla en kort introduktion för projektuppdraget, projektets tillvägagångssätt, resultat, analys och slutsatser. Dokumentationen ska tydligt visa på projektets måluppfyllelse i förhållande till kravspecifikationen. Dokumentationen ska även i ett separat teoretiskt kapitel beskriva EKG:ets uppkomst och hur det kan mätas (se relevanta krav; kan även inkludera kortfattad beskrivning av tidigare relevanta delleveranser). I tillägg ska även analysprogrammet enligt Krav nr 9 och databasen enligt Krav nr 17 levereras. Den tekniska dokumentationen skall levereras 1 vecka före slutleveransen. Slutleverans: I en muntlig redovisning (á 20 minuter) ska projektgruppen presentera sina resultat om hjärtats retledningssystem, mätningar av EKG i vila och aktivitet samt hur hjärtats funktion kan följas genom analys av EKG:et. 7 Dokumentation Detta kapitel beskriver krav på den skriftliga rapporteringen som generellt bör vara lättläst och uppvisa god kvalitet. Krav nr 27 Original All skriftlig rapportering ska hålla hög språklig kvalitet och följa de regler och normer som finns beskrivet i Svenska skrivregler utgivna av Svenska språknämnden (Sara Santesson, 2000). För ytterligare tips angående skriftlig rapportering se även Språkguiden samt Lathund TFYY51, Ingenjörsprojekt 13 (14) LIPs

14 för rapportskrivning. För projektresultatets trovärdighet är det av stor vikt att de teoretiska delarna av projektleveransen är förankrade i källor (artiklar och böcker) som granskats av det vetenskapliga samfundet. Projektgruppen ska vända sig till LiUs bibliotek för att finna denna typ av källor. Krav nr 28 Original De teoretiska delarna av rapporterna skall vara vetenskapligt förankrade med korrekt källhänvisning. 8 Utbildning Detta kapitel beskriver krav vad gäller eventuell utbildning för projektgruppen och kunden. Krav nr 29 Original Projektgruppen ska under sina leveranstillfällen utbilda kunden och av kunden utvalda personer, inom ämnen som relaterar till projektet, t.ex. EKG-utrustning och registrering samt uppkomst av EKG-signaler. Utbildningen anpassas av projektgruppen och kan bland annat omfatta presentationer och/eller praktiska demonstrationer eller övningar. 9 Referenser Detta kapitel innehåller de referenser som används i dokumentet, interna såväl som externa. Eventuella hänvisningar till kompletterande litteratur har också infogats i detta kapitel. (1996) Principles of Anatomy and Physiology. Gerard J. Tortora, HarperCollins, ISBN X (2000) Svenska skrivregler utgivna av Svenska språknämnden. Sara Santesson (red.). Skrifter utgivna av svenska språknämnden 82, Liber AB, andra upplagan. ISBN X (1998) Språkguiden. Karin Kristoffersson (red.). Linus och Linnea, ISBN (2005) Lathund för rapportskrivning. Magnus Merkel, Ulrika Andersson, Malin Lundquist och Britta Önnegren. Kursmaterial i TFYY51, Linköpings universitet. TFYY51, Ingenjörsprojekt 14 (14) LIPs