Blood Pressure Measurement Utilizing MEMS Pressure Sensors

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Date
2014-02-10
Department
Major/Subject
Bioniikka
Mcode
S3006
Degree programme
EST - Elektroniikka ja sähkötekniikka
Language
en
Pages
51+8
Series
Abstract
Tämän työn tarkoituksena oli toteuttaa MEMS-paineanturilla laite ei-invasiiviseen ja jatkuvaan verenpaineen mittaamiseen. Laite suunniteltiin ja rakennettiin ja sen suorituskyky verrattiin referenssiverenpainemittarin vastaavaan. Verenpaine on yksi kehon elintoimintojen perusmittareista. Sen nopea ja luotettava mittaus on tärkeää potilaan kunnon määrittämisessä. Lisäksi korkea verenpaine on suoraan liitettävissä 6 %:iin kuolemantapauksista maailmanlaajuisesti. Sen on osoitettu lisäävän sydän- ja verensuonitautien riskiä. Ikääntyvän väestön myötä myös korkean verenpaineen aiheuttamat kustannukset tulevat kasvamaan, mikä lisää ennakoivan terveydenhuollon kysyntää. Ennakoivassa terveydenhuollossa on tärkeää havaita ajoissa mahdolliset terveydentilaan vaikuttavat tekijät. Tämän vuoksi tarve ei-invasiiviselle ja jatkuvalle verenpaineen mittaukselle on kasvanut. Tässä työssä valmistettiin ei-invasiivinen verenpainemittari, joka ei tarvitse mansettia toimiakseen. Se analysoi pulssiaallon, jonka muodosta lasketaan tiettyjä parametreja, kuten suhteellisia korkeuksia ja ajoituksia. Näiden laskettujen parametrien avulla estimoidaan verenpaine. Kehitetty verenpainemittari eroaa vastaavista sillä, ettei se tarvitse erillistä kalibrointia. Työssä 32 ihmiseltä nauhoitettiin pulssiaalto ja mitattiin verenpaine referenssimittarilla. Laitteen toiminta validoitiin uudelleenkorvaus- ja ristiinvertailumenetelmien avulla. Ensimmäisessä malli muodostettiin kaikista koehenkilöistä ja tällä estimoitiin samojen koehenkilöiden verenpaine. Mittausvirhe oli systoliselle 0 +- 6.42 ja diastoliselle verenpaineelle 0 +- 5.1. Jälkimmäisessä malli muodostettiin 31 koehenkilöstä ja verrattiin yhteen henkilöön. Tämä toteutettiin 32 kertaa niin, että jokainen koehenkilö oli vuorollaan vertauksen kohteena. Tällöin virheeksi saatiin systoliselle 0 +- 6.42 ja diastoliselle verenpaineelle 0 +- 8.11.

The aim of this thesis was to create a device for non-invasive and continuous blood pressure measurement utilizing a MEMS pressure sensor. The device was designed and produced and its performance was compared with a reference blood pressure monitor in the course of this thesis. Blood pressure is one of the vital signs of the human body. Thus its fast and reliable measurement is important to quickly assess the health of a patient. In addition, long-term high blood pressure, hypertension, is directly related to 6 % of fatalities in the world. Hypertension has been proven to increase the risk for multiple cardiovascular events, and with an aging population, the total cost of these events will increase. Thus preventive health care is becoming more and more important. As a consequence, a method for non-invasive and continuous blood pressure measurement has long been sought after. In this thesis, a non-invasive, cuff-less blood pressure monitor was produced. It records pulse waveforms by utilizing tonometry. From the pulse wave, parameters such as relative amplitudes and timings are calculated. These parameters are further utilized in determining blood pressure. The monitor does not require calibration. In total, pulse wave and reference blood pressures were recorded from 32 subjects. Re-substitution validation and leave-one-out cross-validation were utilized in assessing the performance of the device. The errors were 0 +- 6.42 for SBP and +- 5.1 for DBP, and 0 +- 6.42 for SBP and 0 +- 8.11 for DBP respectively.
Description
Supervisor
Sepponen, Raimo
Thesis advisor
Meriheinä, Ulf
Keywords
blood pressure, MEMS, pressure sensor, non-invasive, tonometry, verenpaine, paineanturi, ei-invasiivinen, tonometria
Other note
Citation