Patient on the move: feasibility of a multi-parameter respiratory rate measurement
Loading...
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Date
2015-12-14
Department
Major/Subject
Bioniikka
Mcode
S3006
Degree programme
EST - Elektroniikka ja sähkötekniikka (TS2005)
Language
en
Pages
70 + 8
Series
Abstract
Respiratory rate is one of the vital signs used to measure the body’s general physical health. Abnormal respiratory rate or a change in breathing frequency may indicate deterioration in the condition of a patient. Thus, respiratory rate measurement would benefit the mobile patients on general hospital wards where no continuous monitoring exists. This environment requests wireless and reliable respiratory monitoring that would be robust against motion artefacts that impede the reliability of common respiratory rate measurements currently available. Electrocardiography (ECG) and photoplethysmography (PPG) are common measurements in intensive care but also in sub-acute care setting. Respiration modulates the ECG and PPG waveforms in several ways that can be exploited to derive respiratory rate from these physiological signals. In ECG, the effect of breathing is seen as both amplitude and frequency modulation, whereas in PPG also baseline modulation is present. This thesis investigated the feasibility of ECG and pulse oximetry derived respiratory rate measurements during different activities and motion states. The performances of these derived methods were evaluated together with impedance pneumography and respiratory inductive plethysmography against capnography reference using statistical analysis. A major part of this thesis consisted of the data collection, signal processing and algorithm development required to create these derived methods. According to the results acquired, the use of ECG-derived respiration (EDR) methods based on QRS-amplitude as part of a multi-parameter respiratory rate algorithm would be feasible. However, all evaluated pulse oximetry derived respiration (PDR) methods were found to be unfit for use due to high susceptibility to motion artefacts. The development of a multi-parameter respiratory rate algorithm continues.Hengitystaajuus luetaan yhdeksi kehon yleisestä terveydestä kertovaksi vitaaliparametriksi. Epänormaali hengitystaajuus tai hengitystaajuuden muutos voi olla merkki potilaan kunnon huononemisesta ja siksi hengitystaajuuden seurannasta olisi hyötyä myös sairaaloiden vuodeosastoilla, missä potilaat liikkuvat ilman jatkuvaa valvontaa. Tällaisessa ympäristössä hengityksen seurannan tulisi toimia langattomasti ja luotettavasti. Monet yleisesti käytetyt hengitystaajuusmittaukset kärsivät kuitenkin liikkeen aiheuttamista häiriöistä, jotka heikentävät menetelmien luotettavuutta. Elektrokardiografia (EKG) ja fotopletysmografia (PPG) ovat yleisiä mittauksia myös tehohoidon ulkopuolella. Hengitys vaikuttaa näiden fysiologisten signaalien muotoon usealla tavalla, joita voidaan hyödyntää hengitystiedon johtamiseen näistä parametreistä. Sydänsähkökäyrän QRS-kompeksien amplitudi ja sykevälivaihtelu ovat yhteydessä hengitykseen samoin kuin fotopletysmografisen pulssiaallon perusviiva, amplitudi sekä pulssivälivaihtelu. Tässä diplomityössä tutkittiin EKG:stä ja PPG:stä johdettujen hengitystaajuusmittausten käyttökelpoisuutta erilaisissa liiketilanteissa. Näiden johdettujen menetelmien suorituskykyä verrattiin tilastollisen analyysin keinoin impedanssipneumografian ja hengitysinduktiivisen pletysmografian kanssa kapnografialla mitattuja vertailuarvoja vastaan. Työ koostui suurelta osin myös näiden menetelmien luomiseen vaaditusta aineiston keräämisestä, signaalinkäsittelystä sekä algoritmikehityksestä. Saatujen tulosten perusteella EKG:stä johdetut amplitudipohjaiset menetelmät olisivat hyödyllisiä moniparametrisessa hengitystaajuusmittauksessa käytettynä. Sen sijaan kaikki kehitetyt PPG:stä johdetut hengitystaajuusmenetelmät todettiin käyttökelvottomiksi liikkeen aiheuttamien häiriöiden vuoksi. Moniparametrisen hengitystaajuusmittauksen kehitystyö jatkuu.Description
Supervisor
Sepponen, RaimoThesis advisor
Uutela, KimmoKeywords
respiratory rate, ECG-derived respiration, pulse oximetry derived respiration, impedance pneumography, motion artefacts
