Introduo monografias e artigos

(RESENDE, et al., 2006)1 INTRODUO1.1 OBJETIVOS DO TRABALHO Este trabalho tem como objetivo apresentar um sistema de captao e processamento de sinais de oximetria de pulso, a qual foi introduzida em 1983 como um mtodo no invasivo para o monitoramento da oxigenao do sangue arterial de pacientes. Reconhecida mundialmente como um marco do ramo de anestesiologia, tal tcnica bastante usada dentro de unidades de terapia intensiva, salas de operaes e no ramo de medicina veterinria. Oxmetros de pulso fornecem informaes rpidas sobre problemas que possam estar ocorrendo na conduo de oxignio para os tecidos do corpo humano. O sistema completo composto de diversos mdulos, os quais tm a funo de captar e controlar o sinal recebido. Vrios desses mdulos se comunicam entre si para poder obter uma estimao da oxigenao sangunea mais prxima da realidade e um sinal com o maior valor de detalhes possveis. Praticamente todos os mdulos so formados por dispositivos analgicos e digitais, os quais trabalham como filtros, amplificadores, chaves, sistemas lgicos, dentre diversas outras funes. O resultado de todo o processo pode ser visualizado em aplicativos que foram desenvolvidos com o intuito de permitir uma anlise grfica do processo de oxigenao, bem como criar a possibilidade de armazenamento dos dados captados para a realizao de um futuro processamento do sinal.1.2 MOTIVAES DO ESTUDO DE OXIMETRIA DE PULSO Atualmente, vem se tornando cada vez maior a preocupao por parte da populao por tcnicas que sejam capazes de monitorar a sade e que ao mesmo tempo minimizem dores ou possveis constrangimentos aos pacientes. Com isso, estudos em aparelhos mais eficazes, com respostas rpidas e anlises contnuas e no invasivas foram se tornando cada vez mais populares dentro do mbito acadmico e cientfico. O monitoramento da oxigenao sangunea uma das variveis mais importantes em se tratando de salas de cirurgia e unidades de terapia intensiva. Bons ndices de oxigenao no sangue podem ser vistos como o resultado do bom funcionamento dos sistemas respiratrio e circulatrio, os quais so de extrema importncia e fornecem informaes vitais sobre a existncia de condies apropriadas para o funcionamento de todas as outras partes do corpo humano. [11] Oximetria de pulso somente uma dentre as diversas tcnicas que foram desenvolvidas e aprimoradas ao longo dos ltimos anos para o monitoramento da saturao de oxignio no sangue. Oximetria um termo genrico que se refere a tal medio por meio de instrumentos pticos. [11] Oxmetros de pulso ficaram comercialmente acessveis em meados da dcada de 90 e tiveram um crescimento bastante intenso em sua popularidade, transformando-se em um dispositivo modelo para o monitoramento de condies vitais de oxigenao. Tais aparelhos fornecem medies empricas da saturao do sangue. Entretanto, com o avano tecnolgico, acaba-se criando uma correlao bastante adequada entre as medies de oxmetros de pulso, SpO2, e a atual saturao de oxignio do sangue arterial no paciente, SaO2. [11] A rpida aceitao de oxmetros de pulso como equipamentos para o monitoramento em cirurgias, estabelecimentos de unidades de tratamento intensivo e de pesquisa mostrou que perdas pequenas na preciso, as quais so associadas medio da saturao de oxignio de forma no invasiva, so compensadas pelas vantagens de um dispositivo com disponibilidade de dados de forma contnua e imediata, sem a necessidade de causar dores aos pacientes.[11] Porm, em algumas aplicaes onde tal preciso essencial, como na deteco de hiperoxia (alta oxigenao do sangue), o uso de oxmetros de pulso no bastante recomendado e ainda continua a ser discutida pela comunidade cientfica mdica. Entretanto, a importncia no campo de deteco de hipoxemia (baixa oxigenao do sangue), onde oxmetros de pulso so bastante aceitos, to grande, que o instrumento exerce um papel crtico na medicina, mesmo com todas as suas limitaes.[11] Seguindo essa necessidade pela aprendizagem e o incentivo pelo aprimoramento da tecnologia, com o intuito de se construir aparelhos cada vez mais eficientes no tratamento de pacientes e com dados cada dia mais prximos da realidade, decidiu-se realizar um estudo que abordasse os aspectos inovadores do oxmetro de pulso, afim de se apontar as suas peculiaridades, dificuldades encontradas no seu desenvolvimento, modos de funcionamento, bem como toda a gama de circuitos eletrnicos, analgicos e digitais que, combinados, fazem este aparelho no invasivo funcionar de forma adequada no monitoramento da oxigenao do sangue arterial. O presente projeto final de graduao apresenta a elaborao de uma plataforma de aquisio e processamento, em tempo real, de sinais de oximetria de pulso, sendo possvel tambm salvar todos os dados para uma anlise futura mais aprofundada. O sistema tambm conta com um hardware que foi desenvolvido com o intuito de se fazer as devidas modificaes na aquisio, taxa de transmisso e anlise dos sinais captados, de acordo com a necessidade em estudo.1.3 TRANSPORTE DE OXIGNIO O uso de oxignio vital para o funcionamento de cada uma das clulas do corpo humano. A abstinncia por um perodo prolongado de tempo de tal molcula, acaba ocasionando a morte das clulas. Por isto, o seu transporte para todas as partes do corpo humano um importante indicador da sade do paciente. [11] Como explicado anteriormente, vrios mtodos tm sido desenvolvidos para analisar e acompanhar o transporte de oxignio. Oximetria de pulso um mtodo comum, no invasivo e bastante usado em aplicaes clnicas. O processo de ventilao o passo inicial do transporte de oxignio, pois atravs dele que ar movido para dentro e para fora dos pulmes, onde a troca de gases do corpo com o meio externo ocorre. Em tal processo, molculas de oxignio so difundidas pelo sangue, enquanto molculas de dixido de carbono, um dos produtos resultante da respirao celular, so expelidas. O sangue oxigenado (sangue arterial) circula pelo corpo alcanando as reas mais remotas, onde o oxignio difundido pelas clulas. Como resultado do processo de respirao celular, dixido de carbono tambm transferido para o sangue, de onde segue para os pulmes para ser expelido. [11] O processo de ventilao controlado por neurnios do sistema nervoso central. O sistema circulatrio tambm pode modular a freqncia cardaca para que esta influencie na velocidade com que o transporte de oxignio realizado. [11]1.4 - SpO2 NO MONITORAMENTO DA OXIGENAO DAS HEMOGLOBINAS As clulas de tecidos que possuem uma taxa alta de metabolismo, como as clulas do corao e as clulas do sistema nervoso central, podem ser conduzidas rapidamente a um perigo irreversvel devido falta de oxignio. Apesar de o corpo humano ser surpreendentemente robusto em vrios sentidos, o processo fisiolgico de fornecer condies apropriadas para o funcionamento das clulas atravs do transporte de oxignio um delicado e complexo sistema. Qualquer alterao significativa pode levar a uma situao instvel na qual no seja possvel alimentar as necessidades de oxignio de tecidos e rgos do corpo humano. [11] Para enfatizar a importncia da oxigenao apropriada, a Tabela 1.1 lista o tempo de sobrevivncia para diferentes tipos de rgo depois de uma parada cardaca ou do princpio de anoxia (falta total de oxignio em um determinado tecido). Portanto, possvel perceber a importncia de se evitar que situaes patolgicas levem a uma m oxigenao aos diversos tecidos do corpo, o que pode causar definitivamente a sua falncia.

1.4.1 Idia compreensiva do papel do oxmetro de pulso A saturao arterial, varivel a qual os oxmetros de pulso se propem a medir, somente uma dentre as diversas variveis que um mdico ir considerar quando for avaliar as condies e o funcionamento do sistema cardiorespiratrio de um paciente. Sendo assim, o clnico deve direcionar o tratamento de acordo com o nvel de oxigenao do sangue. Isso requer uma noo do papel que a saturao do sangue arterial exerce e uma idia compreensiva de como ela pode estar afetando o funcionamento do corpo humano. um fato extremamente importante, mas mdicos tipicamente no utilizam SaO2 como o nico meio de se monitorar condies patolgicas na oxigenao.1.5 - SATURAO ARTERIAL DE OXIGNIO O sangue oxigenado circula pelo corpo atravs das artrias e capilares. Este sangue possui a mesma saturao por todo o sistema arterial. nos capilares que o nvel de saturao muda. Em adultos saudveis, a taxa normal para SaO2 maior do que 90%. Devido complexidade do processo de oxigenao, fica difcil especificar as inmeras vantagens do monitoramento da saturao arterial em casos crticos, como unidades de terapia intensiva, salas de operao ou laboratrios de pesquisa. Mdicos tm interesse em tal monitoramento por uma variedade de razes. Em alguns momentos ela utilizada apenas como uma varivel das condies gerais do sistema cardiorespiratrio do paciente. Porm, em outras situaes, tal monitoramento serve como um importante indicativo de preveno contra baixas taxas de oxigenao, mesmo no sendo um indicador direto de qual seja a causa da condio perigosa que esteja causando tal problema. A Tabela 1.2 ilustra alguns dentre os diversos problemas respiratrios que podem causar uma baixa taxa SaO2.

1.6 ORGANIZAO GERAL DO TRABALHO O presente trabalho est dividido em sete captulos, os quais esto dispostos da seguinte forma: Introduo, Fundamentos Fisiolgicos de Oximetria de Pulso, Descries e Especificaes do Sistema, O Microcontrolador MSP 430, Sistemas e Circuitos do Oxmetro de Pulso, Resultados Prticos e Concluso. No captulo de Introduo, feita uma abordagem geral do projeto desenvolvido, analisando as motivaes e objetivos, bem como uma explicao sucinta do transporte de oxignio e a importncia da saturao arterial sangunea. No captulo de Fundamentos Fisiolgicos de Oximetria de Pulso, como o prprio nome sugere, feito um embasamento terico acerca dos princpios que regem o funcionamento do oxmetro. Sendo assim, feita uma abordagem sobre a importncia dos sistemas respiratrio e circulatrio no transporte de oxignio, bem como do papel essencial exercido pelo complexo de hemoglobina. Tambm dado um enfoque variao da pigmentao de tal complexo de acordo com o nvel de oxigenao e como este fato utilizado no monitoramento realizado pelo oxmetro de pulso. No captulo de Descries e Especificaes do Sistema, feito um detalhamento da estrutura geral do projeto, enfatizando a importncia exercida por cada um dos diferentes mdulos e como tais mdulos se interagem no controle e captao do sinal de oximetria de pulso. O projeto foi dividido em cinco sistemas, os quais so: Sistema de Controle dos LEDs, Sistema de Recepo, Microcontrolador, Sistema de Gerao de Ondas de Controle e Aplicativos de Monitoramento. No captulo O Microcontrolador MSP 430, feita uma explicao acerca dos parmetros que levaram escolha do microcontrolador, bem como uma breve anlise de alguns dos mdulos incorporados ao MSP que utilizados na implementao do projeto, como o conversor analgico digital, o contador/temporizador Timer A e a interface universal serial. Outra abordagem foi feita em cima da programao do microcontrolador envolvida. No captulo Sistemas e Circuitos do Oxmetro de Pulso feita uma descrio acerca da implementao e do funcionamento dos quatro principais sistemas existentes no oxmetro: Sistema de Gerao de Sinais de Controle, Sistema de Controle dos LEDs, Sistema de Recepo e Aplicativos de Monitoramento. apresentada uma explicao de como cada mdulo age e a funo que ele exerce dentro do sistema em que faz parte. No captulo Resultados Prticos feita uma avaliao acerca do comportamento que foi observado na realizao experimental dos diversos sistemas, bem como uma anlise do funcionamento do sistema completo. Vrios resultados so apresentados, ilustrando as peculiaridades desejadas e obtidas de cada sistema. Por ltimo, no captulo de Concluso, feita uma descrio das principais dificuldades que foram enfrentadas ao logo do desenvolvimento do projeto, bem como a concluso dos autores acerca dos objetivos propostos. No final, so feitas sugestes e recomendaes relacionadas ao oxmetro em trabalhos e projetos futuros

(DE ARAJO, 2014)INTRODUO A expanso demogrfica mundial preocupa as naes de todo o mundo, pois juntamente com esse crescimento se percebe a necessidade de maior produo de alimentos, dentre os principais, a protena animal. Especula-se que a produo de carne dever saltar de atuais 200 milhes para 470 milhes de toneladas at 2050 para suprir a demanda de uma populao de aproximadamente 9 bilhes de pessoas. O Brasil tido como a ltima fronteira agropecuria do mundo que rene territrio, gua e tecnologia com o imenso desafio de maximizar a produtividade com custos acessveis, sem esquecer a segurana alimentar, preservao do ecossistema e promoo de sustentabilidade. Atualmente, o Brasil um dos maiores exportadores de carne bovina do mundo. E quando se pensa em desafio e as dificuldades a serem vencidos, o principal deles o estresse trmico gerado nos animais. O Brasil possui alta taxa de incidncia solar pelo fato que grande faixa de nosso territrio estar localizada entre os trpicos de Cncer e Capricrnio onde a incidncia de luz solar alta. Este fato prejudica a produtividade da pecuria bovina, pois o estresse trmico proporcionado aos animais promove drstica diminuio nas taxas de fecundao, natalidade, alm do ganho de peso. A produo animal nos trpicos limitada principalmente pelo estresse trmico, que se agrava ainda mais quando se compara as raas selecionadas para maior produo, que no geral, so provenientes de pases de clima temperado, limitando o seu uso ou mesmo no permitindo a essas expressar o mximo da sua capacidade produtiva. Dessa forma, torna-se imprescindvel o conhecimento da capacidade de adaptao das raas exploradas no Brasil, bem como a determinao dos sistemas de criao e prticas de manejo que permitam o desenvolvimento da pecuria de corte de forma sustentvel, sem prejudicar o bemestar dos animais. .14 Avaliar e estudar o comportamento do estresse do bovino uma das formas de agregar valor ao desenvolvimento da pecuria. O estudo do estresse animal melhora significantemente a qualidade do produto de origem animal. S recentemente pesquisadores vm desenvolvendo aplicaes utilizando rede de sensores sem fio aplicado no monitoramento de variveis fisiolgicas com o intuito de correlacionar o bem-estar animal. Entretanto, a maioria dessas solues desenvolvidas est focada no gado leiteiro que possui um comportamento mais dcil, onde, na maioria das vezes, esto confinados. A Start-up brasileira, Chip-Inside, voltada para a pecuria de preciso especializada no mercado leiteiro, tem recebido investimento de vrios editais pelo pas como o START-UP BRASIL e o INOVA AGRO-FINEP. Foi neste ramo que a empresa viu uma necessidade de produtos que alavancassem a produo dos produtores de leite brasileiros, pois estes vm sofrendo com a enorme concorrncia dos produtos lcteos da Argentina e do Uruguai, pases superiores tanto em produtividade quanto em qualidade. Essa empresa lanou, recentemente, um produto comercial baseado em uma coleira animal para gerenciamento do comportamento animal. Com isso, a empresa visa aumentar o nvel de conhecimento sobre o comportamento animal devido a diferentes fatores (dentre eles o estresse trmico) e aumentar a produtividade e a qualidade de produtos. Apesar de solues comerciais visando o monitoramento do comportamento animal com enfoque em gado leitero, no h relatos, na literatura da rea, sobre solues equivalentes para o mercado de gado corte. Nas criaes de animais a pasto, caso comum de criao de gado de corte, a incidncia da radiao solar direta representa a maior fonte de calor recebida pelos animais do ambiente. Para evitar ou reduzir o estresse trmico provocado pela radiao solar, o uso do sombreamento uma alternativa vivel, beneficiando o conforto trmico e favorecendo a termorregulao dos animais [1]. De acordo com [2] e [3] animais de produo expostos aos efeitos radioativos diretos do sol, sofrem mais com o estresse resultante do calor do que aqueles animais protegidos em locais sombreados, em que, as sombras naturais (rvores)15 possibilitam um maior conforto para o animal frente s sombras artificiais (tela sombrite, telha cermica, amianto, metal galvanizado, etc.), sendo, o provimento de sombras em uma pastagem animal a forma mais econmica de proporcionar conforto e bem estar trmico animal [4]. Neste sentido, que um sistema de Integrao Lavoura-Pecuria-Floresta ou (ILPF) pode maximar a produtividade da agropecuria aliando sustentabilidade e preservao do ecossistema. A tcnica de produo integra os animais, as rvores e as pastagens numa mesma rea, gerando muitas vantagens ao produtor que utiliza deste sistema. As ILPFs apresentam grande potencial de benefcios econmicos e ambientais para os produtores e para a sociedade. So sistemas multifuncionais, onde existe a possibilidade de intensificar a produo pelo manejo integrado dos recursos naturais evitando sua degradao. O sistema ILPF constitui um mtodo eficiente para criao de bovinos especializados na produo de leite e bovinos de corte, fornecendo um ambiente de conforto trmico. Em um estudo apresentado em [5,6] a procura dos animais por ambientes sombreados, durante o vero, mostra a necessidade da proviso de sombra. No inverno, vacas mestias, em lactao, permaneceram 43% do tempo da pastagem sombra das rvores. No vero este percentual subiu para 69% de acordo com [7]. Ainda so escassos os resultados sobre desempenho de bovinos em sistemas de produo ILPFs, especialmente sobre a produo de carne. O trabalho apresentado em [7] divulgou o resultado do ganho de peso em novilhas leiteiras. Observou-se que, na poca das chuvas, o ganho de peso no sistema ILPF e na monocultura de gramneas foi aproximadamente de 486 g/dia. Entretanto, durante o perodo seco, o ganho de peso variou com o tipo de pastagem, sendo maior no sistema ILPF com estilosantes com um resultado de aproximadado de 326 g/dia, em relao ao observado na baquearia sem sombreamento que obteve aproximadamente 226 g/dia [8]. Para [9], a disponibilidade de sombra para os animais de produo tem efeito na melhoria de suas condies fisiolgicas (frequncia respiratria, temperatura16 retal, batimentos cardacos, etc.), no comportamento animal (consumo, cio, ruminao, etc.) e no desempenho produtivo (carne, leite, etc.), percebendo-se diferenas mais acentuadas nestas variveis quanto menor for a tolerncia dos animais s elevadas temperaturas. Assim, monitorar a frequncia cardaca, a frequncia respiratria, a temperatura corporal e o nvel de sombreamento so essenciais para mensurar e determinar a qualidade do bem-estar em bovinos de corte. Nesse contexto, este trabalho est inserido em um projeto maior que prope o projeto e desenvolvimento de plataforma eletrnica que possibilita avaliar e relacionar os parmetros fisiolgicos dos bovinos de corte em tempo real. Alm disso, a plataforma proposta pode servir como uma ferramenta de avaliao das tcnicas de manejo e produo de bovinos de corte existentes contribuindo para o desafio do pas de maximizar sua produo agropecuria aliando desenvolvimento sustentvel. Este trabalho de concluso de curso objetiva, especificamente, projetar e desenvolver um dispositivo eletrnico para aquisio de sinais cardacos e determinao da frequncia cardaca em bovinos de corte. Um dos requisitos e diferenciais deste equipamento que seja capaz de atuar em animais no sedados e em pastagem. Alm disso, o projeto de um dispositivo eletrnico que ser acoplado ao corpo do animal deve considerar caractersticas como tamanho, peso, consumo energtico, temperatura de operao, entre outros para alcanar robustez de funcionamento e interferncia mnima sobre o comportamento e bem-estar do bovino sob estudo. A soluo proposta neste trabalho utiliza sensores acoplados pele do animal para obteno dos sinais referentes s variveis sob estudo. Tratando especificamente da aquisio dos sinais de frequncia cardaca, optou-se pela adoo de sensores oxmetros (SpO2). Associado a esses sensores prope-se o projeto e utilizao de hardware embarcado a fim de obter, organizar, processar os sinais e armazen-los em memria persistente.17 Originalmente, um sensor oxmetro retorna informaes sobre nveis de oxigenao sangunea por meio da tcnica de fotopletismografia (do inglsPhotopletismogram PPG). Essa uma tcnica ptica de baixo custo e pode registrar de maneira contnua a intensidade de luz dispersa de uma fonte pelo tecido e coletada por um fotodetector. Neste trabalho, busca-se uma alternativa inovadora ao utilizar esse tipo de sensor para adquirir, filtrar e processar o sinal fotopletismogrfico para derivao da frequncia cardaca e respiratria em bovinos. H relatos na literatura [10] [11] sobre obteno dessas frequncias em humanos a partir de sensores oxmetros. Assim, considerando fatores como custo, flexibilidade e simplicidade dos sistemas de hardware e software, consumo de potncia do sistema integrado e adaptabilidade ao animal, verifica-se a possibilidade de adotar essa tcnica na soluo proposta neste trabalho. A escolha pela tcnica PPG para obteno das frequncias cardaca e respiratria em bovinos, ao invs de outras tcnicas como eletrocardiograma (ECG), deve-se extrao mais segura dos dados respiratrios, pois a forma de onda PPG proporciona melhores estimativas do que as estimativas derivadas do ECG por meio de anlises de arritmia sinusal respiratria (Respiratory Sinus Arrhythmia - RSA). As variaes da forma de onda PPG so, em sua maior parte, influenciadas pelo mecanismo de respirao e no dependem exclusivamente de um sistema nervoso autnomo intacto. A utilizao de ECG e RSA para medir a frequncia respiratria menos eficiente em pacientes idosos, pacientes em estado crtico, e aqueles com doenas que causam neuropatia autnoma [11]. No contexto deste trabalho, entende-se que tal limitao tambm pode ocorrer em bovinos. Por fim, outra motivao para adoo de PPG ao invs de ECG deve-se simplicidade de aplicao do PPG, pois utiliza apenas um nico sensor de contato, ao contrrio de ECG que necessita de vrios sensores de contato. A Figura 1.1 apresenta um esboo inicial do sistema e o fluxo de aquisio e tratamento das variveis fisiolgicas a partir do bovino

Na Figura 1.1 observado que (1) o sensor oxmetro ser colocado na orelha e (2) o sistema de aquisio dos dados fisiolgicos ser colocado no pescoo do animal (este chamado de n). Esses dados fisiolgicos (analgicos) sero amplificados, filtrados, convertidos para o formato digital, tratados e memorizados (cada animal ter seus dados registrados neste n) por um sistema de hardware e software. Aps esse processo, os dados sero transmitidos por algum meio sem fio para (3) um sistema de recepo, que ter os registros de todos os animais monitorados, podendo assim fornecer informaes a respeito das condies de cada animal aps esses dados serem analisados. A utilizao do sensor oxmetro no corpo do animal foi um dos focos de pesquisa e experimentao nesse projeto. Autores [12] indicam que a orelha constitui-se em um sistema perifrico adequado para adquirir os sinais respiratrios a partir da forma de onda PPG, e os resultados indicaram que as variaes da forma de onda PPG adquiridos a partir da orelha foram dezoito vezes maior em magnitude19 do que a partir do dedo de um paciente, estando esse respirando espontaneamente. Entretanto, observou-se, de experimentos iniciais realizados na Embrapa-Gado de Corte, que o animal apresenta desconforto com a utilizao do equipamento na orelha. Apesar de ser um local factvel, procurar-se- outras alternativas de locais, como a testa, tal que sejam menos desconfortveis e menos sujeitos a acidentes. Vislumbra-se a utilizao da tcnica de reflectncia para aquisio do sinal PPG devido s vantagens citadas em [11]. O texto deste trabalho est organizado da seguinte forma: No Captulo 2 apresentada a fundamentao terica, uma reviso detalhada da literatura de dispositivos e equipamentos tecnolgicos para aquisio de sinais fisiolgicos de animais existentes ou propostos em trabalhos cientficos. No Captulo 3 apresentada uma fundamentao terica da tcnica de obteno de dados de frequncia cardaca escolhida bem como os materiais e mtodos utilizados. No Captulo 4 apresentado o projeto do hardware e software desenvolvidos. No Captulo 5 so discutidos e apresentados os primeiros experimentos e resultados. No Captulo 6 apresenta-se as consideraes finais e concluses deste trabalho

(De Andrade, 2009)O oxignio vital para o funcionamento de cada clula do corpo humano. Na ausncia de oxignio por um tempo prolongado, as clulas morrero (CLARK, 1999). Assim, a correta entrega de oxignio para as clulas um importante indicador da sade de uma pessoa. Existem vrios mtodos desenvolvidos para anlise do transporte de oxignio no sangue arterial. O mtodo mais comum, conhecido como oximetria de pulso, estima a saturao de oxignio do plasma sanguneo pela relao de feixes de dois comprimentos de ondas transmitidos e absorvidos em camadas compactas de tecido, como a do dedo de um indivduo, quando da ocorrncia de batimentos cardacos. Por se tratar de equipamentos biomdicos, ou seja, que monitoram parmetros de vidas humanas, os oxmetros devem ter uma boa estabilidade e qualidade de medio com baixas taxas de erros, alm de durabilidade e imunidade a rudos. 1.1 MOTIVAO A oximetria de pulso um mtodo no invasivo e contnuo de monitorizao da saturao arterial de oxignio tornando-se indispensvel para profissionais da sade na atividade de diagnosticar possveis anormalidades referentes aos nveis de oxignio ligado hemoglobina e do ritmo cardaco, detectando e at mesmo prevenindo casos de severa hipoxia (RUCHALA, 1999), tornando-se por isso praticamente um padro para monitorizao de pacientes em UTIs e ambientes cirrgicos (SEBALD, 1999). A saturao de oxignio fornece informao da oxigenao celular, porm no h nenhuma outra varivel que fornea uma melhor evidncia da hipoxia. Somente a medio da saturao de oxignio no ajuda o bastante na deteco das causas da anomalia, assim esta medio deve ser complementada com outras medies, como a presso sangunea, a taxa de batimentos cardacos, taxa respiratria, temperatura e outras. Na anestesiologia, a saturao de oxignio fornece uma informao de retorno ao anestesiologista, pois este est controlando e sempre verificando o sistema respiratrio do paciente durante a cirurgia e na sala de recuperao. A Organizao Mundial da Sade tem tomado vrias iniciativas para melhorar a segurana nos cuidados da sade. Como parte de umas destas iniciativas, foi criado um 16 projeto chamado WHO Surgical Safety Checklist. Neste projeto identificam-se trs fases de uma operao cirrgica: antes da induo anestsica, antes da inciso na pele e antes do paciente deixar a sala de operao. Cada fase tem alguns itens a serem verificados antes de cada medida tomada, tais como administrao de antibiticos e reviso da medicao. Um dos componentes a ser verificado toda cirurgia o oxmetro de pulso. Por isso o projeto Global Pulse Oximetry Project (WHO, 2009), tambm criado pela organizao, tem o objetivo de melhorar a qualidade dos cuidados na anestesia pelo mundo, fornecendo dispositivos de medio de oximetria de pulso de baixo custo e robustos para toda sala de cirurgia que no tenha um dispositivo como esse. Este projeto refora ainda mais a necessidade de se ter um oxmetro de pulso em qualquer ambiente cirrgico. A implementao de um oxmetro de pulso se torna vivel pela necessidade dos clientes que precisam desta tecnologia com exatido comparveis aos oxmetros importados. Estes clientes podem ser: universidades, de veterinria ou de medicina, consumidores primrios diretos, hospitais ou clnicas de pequeno porte e transportes aeromdicos Adicionalmente, a possibilidade de poder atender a todos os interessados em adquirir uma tecnologia nacional e de qualidade a um preo justo, quando se pensa no apenas em valores para aquisio de um equipamento mas incluindo-se tambm custos com manuteno atravs da reposio de componentes de custo muito baixo. Ainda a concretizao de um dispositivo de tamanho reduzido tambm torna-se uma caracterstica a ser buscada visando o desenvolvimento natural da atual integrao dos equipamentos como um todo. 1.2 OBJETIVOS O objetivo deste trabalho consiste no desenvolvimento de um sistema para a medio da oximetria de pulso e da taxa dos batimentos cardacos utilizando sensores comercialmente disponveis e como referncia um simulador comercial para oxmetros de pulso. Ao final do trabalho, espera-se ter comparaes entre valores medidos pelo sistema de medio, um simulador e tambm um oxmetro de pulso comercialmente disponvel, neste ltimo atravs de medies in vivo. 17 1.3 ESTRUTURA DA DISSERTAO Esta dissertao est organizada em cinco captulos. No captulo 2, faz-se uma reviso da literatura sobre os princpios fsicos aplicados oximetria, relacionando os principais parmetros de medida e as tcnicas utilizadas para sua caracterizao, os fundamentos fisiolgicos e onde se aplicam as tcnicas de medio. O captulo 3 apresenta a metodologia empregada descrevendo o hardware e firmware do sistema de aquisio, e as rotinas de software utilizadas para processamento dos resultados. No captulo 4 so relatados os resultados obtidos e o captulo 5 apresenta a discusso dos resultados, as concluses do trabalho e as propostas de trabalhos futuros

(Bailey, et al., 2008)Oxygen gas is necessary for human life. It is integral for countless biological processes. The transport of oxygen throughout the human body is performed by the circulatory system, and more specifically, hemoglobin in red blood cells. Critical medical information can be obtained by measuring the amount of oxygen in blood, as a percentage of the maximum capacity. Pulse oximetry has become a standard prcedure for the measurement of blood-oxygen saturation in the hospital operating room and recovery room. Oximetry shortens the time passed before the detection of hypoxemia, or deficiency of oxygen. Hypoxemic events have been documented in the critically ill during invasive or diagnostic procedures, and during movement from one location to another. Significant hypoxemic events are also common during cardiac catheterization, or inserting a catheter into a chamber or vessel of a patients heart. Pulse oximetry also provides an early warning of oxygen ventilator malfunction. Finally, pulse oximetry provides an important function in the intensive care unit, as an early warning system for patient emergencies. Otherwise unsuspected episodes of low blood oxygen can be detected accurately and quickly. Monitoring of a patient through wireless telemetry can be done to view data from numerous remote patients on a single display. 1 In addition, many screening devices for sleep apnea use pulse oximetry as its most important parameter.2 By recording oxygen saturation and pulse readings during sleep, pulse oximetry can be an effective and low-cost screening tool that may be used away from the hospital. With the information being easily analyzed and viewed on a computer, it can be a worthwhile, objective view.3 Wireless pulse oximetry adds many advantages to the traditional wired units. They are more convenient for the patient to use, and can be more comfortable; wireless units dont need to be reconnected each time the patient is moved. Many wireless units are already available from several manufacturers. This product developed in this project provides several advantages over existing models, primarily adding a longer battery life and a low unit cost. In determining the improvements this design will exhibit, it is important to review existing products in this field. This will clarify the specific advantages this design can provide over previous devices.21.1 PRIOR ART There are many models and brands of pulse oximeters. A sampling based on popularity and features was chosen. The models described cover the full gamut of possible feature sets, from completely wired and stationary units, to highly portable disaster-relief and triage models, to Bluetooth-compatible wireless units.Avant 9700Figure 1: Avant 9700 by Nonin The Avant 9700 is an industry leader pulse oximeter. The sensor is connected to the display via a wire. Oxygen saturation, pulse, and plethysmograph are displayed in bright LED displays. The unit can be either AC powered or battery powered.4GE TruSatFigure 2: GE TruSat The GE TruSat pulse oximeter is a durable model that displays oxygen saturation and pulse. The LCD display is backlit for easy viewing. It can either be powered by AC or battery power.53Avant 4000Figure 3: Avant 4000 by Nonin The Avant 4000 system is the first Bluetooth pulse oximeter. The wireless communication is point to point, so this oximeter uses Bluetooth as a cable replacement. Oxygen saturation and pulse rate are displayed in bright LED displays.63100 WristOx and SPO 7500Figure 4: Nonin WristOxFigure 5: SPO 75004 Nonins WristOx7 and SPO medicals SPO 75008 are both wrist worn devices that are intended for sleep and long term studies. They store periodic readings in memory that can be downloaded to a PC for viewing and analysis. Both display current data on a small LCD display attached to the wrist. The SPO 7500 is unique because it uses a reflectance sensor, as opposed to transmission.Philips Intellivue SystemFigure 6: Philips Intellivue Transmitter The Intellivue system is a complete cellular network. A patient wears a device that takes electrocardiogram and pulse oximetry readings. This device then connects to a hospital network via wireless access points. It is therefore only used in a hospital environment because there is no ad hoc networking capability. The telemetry operates at 1.4GHz and is based on the DECT standard for European cordless phones. This offers adaptive frequency hopping which increases the reliability of the communication, as well as limits interfering with other telemetry. If a certain frequency band is in use, the radio will not communicate on that band.

WIRELESS NETWORKS It is relevant to assess the role of wireless networks, in order to determine in which ways a certain type of wireless pulse oximeter can be superior to other types of the same device. This section reviews the use of wireless networks in medical settings. The information covered here should provide an appropriate context for the design decisions made regarding the wireless function of the project.Wireless Equipment in Hospitals Wireless technologies have been maturing and expanding over the last few decades, most notably in the form of wireless telephones or computer networks. Wireless devices have invaded many other sectors of commerce and industry, from RFID tags replacing scan barcodes to longrange Wireless Area Networks connecting computer users over longer and longer distances. These technologies are being depended on more and more for critical tasks, in military, scientific, and most important to this project, medical applications11.Figure 7: LifeSync Corporations wireless EKG (electrocardiogram) The primary use for wireless technology in a medical environment is to aid in patient monitoring. This can range from simply providing a way to track the location of patients, as in RFID tag systems, to advanced EKG and remote status viewing of multiple patient vitals. The advantages to making these systems wireless are twofold12: 1. allows for mobility of patient without disconnecting monitoring equipment7 2. allows medical staff to remotely keep track of patients well-being, including remotely informing staff of emergency conditions for a patient The other great benefit of wireless medical equipment, specifically wireless patient monitoring, is that patient information can be continuously collected and deposited in hospital data banks, providing an excellent record of a patients medical status regardless of whether the patient is stationary or ambulatory, so long as the patients wireless monitoring gear is within range of hospital receivers13.Current Wireless Transmitter Methods Used By Wireless Pulse Oximeters Pulse oximetry measurement is hardly new; the first wired pulse oximeters were released in the late 1980s14. More recently, several wireless versions of these finger-clip-style sensors have been appearing. These units have all the advantages of wired pulse oximeters, such as rapid reading acquisition and low-impact status monitoring of patients, combined with the convenience of wireless technology. Wired pulse oximeters are used in hospitals and other health care facilities to provide doctors with a reading of a patients SpO2* level and heartrate. They are often used in conjunction with EKG sensors and other status monitors, which display their information along with the pulse oximetry readings, as seen below, on a patients medical monitoring display:Figure 8: Patient monitoring display, showing an SpO2 reading of 98%15*Saturation of Peripheral OxygenPulseoximeter reading8 The earliest wireless pulse oximeter is the portable-style pulse oximeter. While these units are not truly wireless, as they transfer sensor readings through a wired lead, they are selfcontained and very portable. These are especially useful in emergency situations, where equipment is limited and ease-of-use is of high importance. As these devices are self-contained, there is no need for a patient monitoring display as in a hospital situation, so portable-style pulse oximeters are also convenient when a facility needs to monitor SpO2 on a patient, but has no available external patient status displays.Figure 9: Nonin all-in-one portable pulse oximeters16 This type of pulse oximeter is most useful in triage situations where efficiency is paramount17. The downside to these units is that most of even the best products do not record the sensor information for later analysis. Important information is therefore lost, which could affect a doctors medical decisions for a patient; this kind of information could include a record of an arrhythmic heart beat, for example. Truly wireless pulse oximeters are available from several medical equipment vendors. One example is Alive Technologys wearable pulse oximeter, pictured below.9Figure 10: AliveTec wrist-style wireless pulse oximeter18 Many of the wireless pulse oximeters currently being produced use Bluetooth networking systems, which is the first task group of the IEEE 802.15. There are three advantages to using Bluetooth over other low-power PLAN systems: 1. High frequency-to-noise ratio (up to -104dB receiver sensitivities, and transmission strengths of 23dBm or more) 2. Capable of high data rates, theoretically up to 2.1 Mbit/s (Bluetooth 2.0) 3. Bluetooth technology is present in many cellular phones, PDAs, and notebook computers, making any Bluetooth-enabled device very technologically compatible Bluetooth is also a very mature technology, with a multitude of chipsets available from many vendors and well-explored transmission and encryption software. However, it shares the downsides of all PLAN systems, which include short-range effectiveness and weakness towards interference, as it shares the 2.4GHz band with the higher-power 802.11 WLAN traffic. Bluetooth also possess a number of additional disadvantages specific towards our needs. First, Bluetooth transceiver chips are somewhat high-power for this application; up to 190ma during transmission19, and even with a low duty cycle, current draw is still higher than would be preferred. Second, the protocol stack for Bluetooth transmission is much larger than that of other PLAN systems, and therefore demands a microcontroller with greater memory20. Besides Bluetooth, there are other wireless variants within the 802.15 specification that are very applicable to small-area, low-bandwidth uses such as patient monitoring. The IEEE 802.15.4 task group focuses on low-bit-rate WPAN, with peak speeds of 100-250 kbps. ZigBee provides an upper-level specification for the 802.15.4 standard, which is targeted towards Wireless Personal-Area Network. Typical transmission distance is only a few meters for these LANs.10 applications needing long battery life, secure networking, and a low data rate21. The advantages to using a ZigBee-based wireless transmitter include: 1. Very long battery life, with average current draws in the 30mA range for Tx. This current draw is low enough to last almost 100hrs on a single AA battery. 2. Secure data transfer, with 128-bit encryption 3. Simple, integrated architecture using the ZigBee specification 4. ZigBee-compliant hardware is very inexpensive. An entire transceiver solution at quantities of 1000 can cost less than US$5. Although ZigBee lacks the throughput of even Bluetooth, which is a low-data specification, it certainly has a high enough data rate for an uncomplicated sensor reading; in fact, target applications for ZigBee include wireless sensors and monitors, such as water or gas metering, or medical monitoring, in this case. Also, ZigBee is well suited to Reduced Function Device (RFD) networking, in a simple star-style network opposed to the mesh or cluster-tree network topologies. This is ideal for a group of sensor-transmitter communicating with a single receiver, as in our application.Figure 11: ZigBee network topologies22Overview Wireless pulse oximeters are new to the market, with only a few companies producing these devices. Most of the current-model wireless pulse oximeters use the Bluetooth transmission specification to communicate sensor readings. There are, however, significant11 disadvantages to using the Bluetooth specification for this application, most notably battery life. The ZigBee specification is much more suited to wireless patient monitoring, and although it lacks the cross-integration of Bluetooth, it has the advantages of significantly increased battery life, a simpler yet still secure transmission scheme, and lower system cost than Bluetooth2

(Cai, et al., 2010)Non-invasive pulse oximetry has been widely used inclinical care for critical ill patient, monitor of patient during theanesthesia in operations, research of breath state while sleeping,etc. Its a safe, reliable, real time and continuous measurementmethod. Nowadays transmittance oximetry has been fullydeveloped and therere many mature products which are widelyand frequently used in hospitals. However, a transmittancepulse oximeter is reliable and practical only in case the patientis hospitalized or lying steadily. Besides, transmittancemeasurements sometimes cause discomfort, pain or injurybecause its sensor lightly presses a finger or ear lobe andoccasionally blocks the blood flow. A reflectance oximeterwhich increases the flexibility of installation can avoid suchproblems and meet the needs of modern home healthcare,whereas the research of reflectance oximeters is still in ashortage relative to the transmittance type and there are fewcomplete solutions for reflectance oximetry[1][2].In this study, the detected light intensities and effectivetransmission depth of reflectance oximetry are investigated byanalyzing light propagation through tissue using the photondiffusion equation. We fabricated a reflectance probe based onthe analytical results, implemented an oxygen saturationmeasurement system and conducted some preliminaryexperiments, whose results have comfirmed the feasibility ofour oximeter. We also implemented a RF transmitting moduleto found a communication between the measurement systemand community care center to ensure home monitor of oxygensaturation, which is mainly used in night care of patients withsleep apnea syndrome [3]

(Watthanawisuth, et al.)Health monitoring systems become a hot topic andimportant research field today. Research on healthmonitoring were developed for many applications such asmilitary, homecare unit, hospital, sports training andemergency monitoring system. In this paper, we developedthe wearable and real-time monitoring system of somecritical vital signs for elderly people, because Thai peoplewho ages over 60 years old encounter accidental incidentsover 60 percent.[1] That system may help doctor or people infamily monitor the emergency alarm from patient or elderlypeople. The vital signs of health status that are the importantparameter in health monitoring system consists of bloodpressure, heart rate, oxygen saturation, body temperature andrespiratory rate.[2] In this work, we consider two parametersof the vital signs which are heart rate and oxygen saturationin blood. That vital sign can measure by using devicenamely; pulse oximeter. The pulse oximetry data areimportant for doctor to monitor patients health condition.The data helps to prevent and protect the oxygen lack inmonitored patients blood stream. This condition will occurswhen the brain does not receive enough oxygen is calledcerebral hypoxia [3]. Moreover, pulse oximetry data canpredict the patients disease and accident situation.Wireless technology was developed in many applicationsthat becoming a part of human activities such as agriculture,military, medical care, smart home system etc. Distinctly,wireless sensor networks (WSN) play a crucial role in such amonitoring system application, for the reason that WSN canoffer some advantages over other types of wireless systems,especially its scalability, power management and flexibilityof architecture. As a matter of fact, there are two popularstandards in the wireless personal area network (WPAN),namely, Bluetooth and ZigBee. This work was focused onthe capability of wireless sensor networks as an efficient toolto monitor health in term of pulse oximetry data fordemonstration. This situation makes it difficult to developand challenge because many applications in WSNsdeveloped for fixing the position of member in wirelesspersonal area network (WPAN). We adopted the ZigBee forusing as a real-time health monitoring systemon a patient.In this research work, we developed a group of sensors formeasuring pulse oximetry with real-time monitoring systembased on ZigBee wireless network. The conventional pulseoximeter was a medical device that mostly expensive, wiredand non-daily usage allowed. To reduce these problems,many methods were researched to overcome this barricade.The wearable pulse oximeter instruments have been reportedby several groups and used in many applications. HyonYoung Han et al developed a wearable health monitoringdevice using many sensors [4]. Measurement of motionactivity during ambulatory using pulse oximeter and tri-axialaccelerometer was developed by Young-Dong Lee et al [5].All wireless sensor hardware operates in point-to-point anddo not allow for networking sensors with real-time patientmovement monitoring.[6,7,8] Some reported worksdeveloped non-friendly usage and consumed much power tooperate[9,10]. The developed real-time pulse oximetrymonitoring system has a pair of light-emitting diodes (LEDs),One of LED has a wavelength in red and other one is ininfrared region. The light was detected by a photodiode. TheLEDs and photodiode was packed in Velcro strip that facingthrough a patients fingertip. The pulse oximetry data waskept and calculated by microcontroller unit. Pulse oximetrydata was read every a second and stored on microcontroller.The data from microcontroller unit was sent to base node viaZigBee wireless network and stored on data-logging PC. Thedata from wearable pulse oximeter consist of SpO2, heartrate, wireless communication signal strength and batteryvoltage indicator data. Microcontroller hardware and ZigBeemodule were packed in suitable case which elderly people orpatient can wear on their wrist. The rest of the paper isorganized as followed. Section 2, we describe our approachto understand theprinciple of pulse oximeter. Section 3 andsection 4; provide the design of wearable pulse oximeterwhich based on ZigBee wireless sensor network and wirelessnetwork technology used in this system. In section 5, thedevice and experimental result from that device was shown.The last section is discussion and conclusion

(Mttl, et al., 2007)Pulse oximetry is used universally in thesupervision of critically ill patients in intensive careunits and operating theatres to provide a reliableoxygen saturation reading [1]. Signs and symptoms ofdecreased ability to ventilate are, for example,cyanosis, dyspnea, tachypnea, decreased level ofconsciousness, increased work of breathing and loss ofprotective airway reflexes [2]. If some of thesesymptoms occur, patient assesment will determine theneed for continuous oxygen saturation monitoring.Nowadays measurements are normally done by using afinger probe which can be considered reliable andpractical in case the patient is hospitalized or lyingsteadily. Though, technologies and needs for differentkind of healthcare are constantly changing. That is whyit is extremely important to be able to offer solutionswhich can be used also when supervising movingpatients in different kinds of environments. Especially,different modern home healthcare and sportapplications recall for wireless, reliable and easy-to-usemethods so that testing could be done continuouslyalso in real-life situations and not only in hospitals. Inaddition, elderly people healthcare is changingmarkedly because of internet and high technologytelemedicine. It is already possible to see patientsphysiological state or some parts of it by transferringinformation through sensor networks and serversstraight to doctors mobile phone or work station. Thatwould make it easy for old people to stay home aloneeven though they have some disease which requirescontinuous supervision.In this study, pulse oximeter device, which wasbuilt in the University of Oulu (see Fig 5), was used inorder to find the best place on humans chest or wristto provide the highest accuracy for pulse oximetersignal with lowest noise and disturbances. This studyaims to optimize integration of pulse oximetry towireless sensor belt and wrist band development

(PANG, et al., 2014)A pulse oximeter is a non-invasive medical device that canmeasure the pulse rate and oxygen saturation level in apersons blood. People with cardiac or pulmonary diseasemay check on their blood oxygenation continuously,especially while jogging or exercising. Pilots use them todetermine if they need supplemental oxygen, especially whenthey fly a non-pressurized airplane. When climbing on highaltitudes, alpinists may use pulse oximeters as well.In the blood vessels, the hemoglobin with oxygenare called oxygenated hemoglobin (oxy Hb), whereasthe hemoglobin without oxygen are called deoxygenatedhemoglobin (deoxy Hb). The basic principle of operation of apulse oximeter depends on the use of LED light, which is usedto determine the oxygen saturation. In particular, red LEDlight of around 630nm wavelength and infrared LED light ofaround 880nm wavelength are utilized. (Some pulse oximeters use LEDs of around 660nm and 940 nm wavelengths.)It must be noted that oxy Hb absorbs red and infrared lightdifferently. One fundamental property is that oxy Hb absorbsmore infrared light than red light, whereas deoxy Hb absorbsmore red light than infrared light. A pulse oximeter calculatesthe oxygen saturation by comparing how much red light andinfrared light are absorbed by the blood.Currently, there are many different models of pulseoximeters in the market. They differ in size, quality and cost.The complex ones used in hospitals are typically large and notportable. However, there are many hand held pulse oximeters for home use which are very compact and easy to use.The most common model is the finger model, which displaysthe blood oxygenation level (SpO2) and pulse rate.A wrist-finger model is very common in the market [1].The device is actually a finger model as the sensor is placedon a finger which is then connected to a wrist display. Yet,the pulse oximeter on the finger is quite noticeable and thefinger may not be too comfortable for long period and continuous monitoring. Early work on reflectance type of pulseoximeter have been carried out by Mendelson et al. [2], [3].Design to lower the power consumption has also beenstudied in [4] and [5].The development of a small-sized reflectance pulse oximeter was investigated by Santha et al. [6]. The distance betweenthe light sources and the detector was examined, as well as thepressure of the reflective pulse oximeter sensor head onto theskin. In [7], a reflectance pulse oximeter with circuitry andmethod for obtaining the percentage of oxygen saturation isgiven. A microcomputer is used for the signal processing, aswell as the calculation of the oxygen saturation based on theinput light intensity signals.A wrist-worn pulse oximeter is described in [8] which hasillustrated the feasibility of reflectance oximetry based on asensor mounted onto a wrist band. The motivation is that thetypical finger-tip model is a transmittance pulse oximeter,and is practical only when the patient is hospitalized or lyingsteadily. Usually, the sensor would press on a finger or the earlobe which would sometimes cause discomfort or pain as thesensor would block the blood flow. In their prototype model,the reflectance sensor and LED light source are mounted onto

a wrist band of width 30mm. The wristband sensor design isnovel and a wireless data transmission module would furtherenable the data to be sent to a remote receiver for processingand display. Yet, the calibration of the oximeter and furtherdetails on the implementation are not shown.In [9], a ring-shaped photodiode designed for use in areflectance pulse oximetry sensor is shown.Li and Warren [10] have also developed a small and lowcost wireless reflectance oximeter suitable for wearable andsurface-based applications including at the wrist location.High quality photoplethysmographic (PPG) data can be collected. Further signal processing is needed to obtain the actualvalue of oxygen saturation. In [11], another reflectance typePPG device is developed for the continuous monitoring ofarterial oxygen saturation. The result obtained was in goodagreement with the finger PPG.(Renevey, et al., October 25-28 2001)Portable heart rate monitoring devicesare classically composedof a processing device and an external probe (e.g. electronicstethoscope, optical measure at ear lobe, chest belt for ECGbased measurement, etc.). The use of an external probe is often considered as a reduction of the comfort. In this paper wepropose a new fully integrated measurement system' that islocated at the wrist. This system is based on dual-channeloptical measurement of the subcutaneous blood flow, accurate measure of the motion provided by accelerometers andadvanced signal processing techniques to obtain robust andreliable estimation of the heart rate. The optical measure isbased on photoplestysmography (PPG), which has been usedwidely over the past for the estimation of cardiovascular parameters such as for example pulse oximetry and heart rate [l].Corruption of the PPG signal arises from influences of ambientlight and motion of the subject. These artifacts lead to erroneous interpretation of PPG signals and degrade the accuracyand reliability of PPG-based algorithms for the est,imation ofcardiovascular parameters.Processing of ambient light artifact is not critical because theinfluence of ambient light can be measured using multiplexing techniques and the PPG signal can be restored using asubtractive-type techniques [2]. In contrast, processing of motion artifacts is a though task since its contribution exceedsoften the contribution of the useful pulse-related signal by anorder of magnitude. It is caused by mechanical forces thatinduces changes in the optical coupling and the optical properties of the tissue. Several methods have been proposed toreduce motion artifacts in PPG signals. Feature-based algorithms have been proposed to discard the corrupted segments'subject of a patent applicationfrom the signals [3]. This kind of approach allowsone to reducethe occurrence of false-alarm in clinical environments, but itoften degrades the signals with small motion artifact contributions. This could lead to erroneous estimation of cardiovascular parameters. In order to circumvent this drawback, modelbased noise cancelling techniques have been applied more recently for the enhancement of optical signals [4,5 , 6, 7). Insuch approaches a reference signal of motion is recorded and aparametric model is used subsequently to retrieve motion related influences in the optical signals [8]. Nevertheless, motionreferences are classically obtained by piezo-sensors or opticalmeasures and convey therefore only incomplete or local information of motion. This degrades the performance of modelbased noise cancelling techniques since they require completeand low-noise motion reference signal [8].In the proposed approach, a fully integrated three dimensionalaccelerometer, developed within our company, is used to provide a reliable motion reference. The reliability of this reference signal is ensured by the high accuracy and very low noiseof the accelerometer. To achieve efficient removal of motionrelated artifacts in the optical signals, nonlinear model-basedtechniques are appIied. In order to grasp the spatial diversityof the optical characteristics of the tissue, two optical sensorsare used. Eventually, the heart rate is estimated from theenhanced signals using inter-beat extraction based on physiological properties of cardiac cells and maximum likelihoodhistogram clustering of the resulting time series