Modelling of Systemic Circulation for Non-Invasive Blood Pressure Measurement Using Pulse Wave

Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Sähkötekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Ask about the availability of the thesis by sending email to the Aalto University Learning Centre oppimiskeskus@aalto.fi

Authors

Date

2016-10-31

Department

Major/Subject

Älykkäät tuotteet

Mcode

ETA3006

Degree programme

Automaatio- ja systeemitekniikka

Language

en

Pages

7+53

Series

Abstract

According to the World Health Organization (WHO) more than 17 million people died of cardiovascular diseases in 2008. This makes the cardiovascular diseases the biggest cause of death worldwide, often leading to premature death. The development of small and affordable non-invasive blood pressure monitors could provide new opportunities to monitor, diagnose and prevent the cardiovascular diseases. The objective of this thesis was to develop a simple analytical model of the systemic circulation for the blood pressure estimation utilizing a microelectromechanical pressure sensor. In addition, it was investigated how the sensor attachment pressure could be estimated, how it affected the measured pulse wave signal and how it could be used for the model calibration. A measurement system was developed to record the pulse wave. The essential features of the pulse wave were extracted using Matlab software. The pulse wave features described in the literature were successfully recorded from the radial artery. The equations for the systemic circulation phenomena were derived based on a popular windkessel model and the measured pulse wave features. A potential method for estimating the sensor attachment pressure was developed. The attachment pressure was discovered to nonlinearly scale the measured pulse wave.

Sydän- ja verisuonitaudit ovat maailmanlaajuisesti suurin syy ennenaikaiseen kuolemaan. Maailman terveysjärjestön WHO:n mukaan yli 17 miljoonaa ihmistä kuoli vuonna 2008 sydän- ja verisuonitauteihin. Pienten ja edullisten ei-invasiivisten verenpainemittareiden kehitys voi tarjota uusia mahdollisuuksia sydän- ja verisuonitautien diagnosointiin, seurantaan ja ennaltaehkäisyyn. Tämän työn tavoitteena oli kehittää yksinkertainen analyyttinen suuren verenkierron malli verenpaineen arvioimiseen, hyödyntäen mikroelektromekaanisella paineanturilla mitatun verenpainepulssin ominaisuuksia. Lisäksi tutkittiin kuinka paineanturin kiinnityspainetta voitaisiin arvioida, mikä on sen vaikutus mitattuun signaaliin ja kuinka sitä voisi käyttää mallin kalibroinnissa. Verenpainepulssiaallon mittaamiseen kehitettiin mittausjärjestelmä. Mitatun pulssiaallon ominaisuudet erotettiin Matlab -sovelluksen avulla. Kirjallisuudessa tunnetut verenpaineen pulssiaallon ilmiöt onnistuttiin mittaamaan rannevaltimosta. Suuren verenkierron ilmiöille johdettiin yhtälöt tunnetun windkessel-mallin sekä pulssiaallon ominaisuuksien avulla. Lupaava menetelmä kehitettiin paineanturin kiinnityspaineen mittaamiseen. Mitatun pulssiaallon todettiin skaalautuvan epälineaarisesti suhteessa kiinnityspaineeseen.

Description

Supervisor

Zenger, Kai

Thesis advisor

Meriheinä, Ulf

Keywords

systemic circulation, blood pressure, windkessel, pulse wave, modelling, cardiovascular system

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201611025399

Collections

[dipl] Sähkötekniikan korkeakoulu / ELEC