Development of a health chair for non-invasive patient monitoring

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Date
2013-11-18
Department
Major/Subject
Bioniikka
Mcode
s3006
Degree programme
EST - Elektroniikka ja sähkötekniikka
Language
en
Pages
69+33
Series
Abstract
Tämän diplomityön tarkoituksena oli osallistua Aalto-yliopiston Health Factoryn kehittämän terveystuolin tekniseen kehitykseen. Terveystuolia kehitettiin potilaan terveydentilan seurantaan. Terveystuolin kehitys tapahtui toteuttamalla tarvittavat mittausmoduulit monitorointiasteelle. Diplomityössä esitellään pilottituoleihin valituille moduulille tehdyt LabVIEW-ohjelmat ja tarvittavat kytkennät. Nämä mahdollistivat mittausmoduuleilla monitoroinnin. Tarkoituksena oli myös suunnitella, toteuttaa ja testata pulssiaikaviiveellä toteutettu potilaan systolisen verenpaineen arviointi. Potilaan EKG oli tarkoitus mitata kuivaelektrodeilla, joiden toteutus esitellään. Tarkoituksena oli myös toteuttaa automatisoitu RR- ja QT-intervallien mittaus valitulle EKG-moduulille. Myös tiedon keruu pilottien kehitysvaiheista oli osatavoitteena diplomityössä. Diplomityö esittelee terveystuolin ensimmäisen pilotin, joka toimi koealustana valituille moduuleilla. Sen tarkoituksena oli kokeilla moduulien toimivuus käyttötarkoitukseen. Käyttöönottoon tehdyt tarvittavat LabVIEW-ohjelmat ja kytkennät tehtiin ja ne esitellään. Terveystuolin toinen pilotti toimi koekäyttötuolina ja muistutti enemmän lopullista terveystuolia. Se sisälsi verenpaine-, paino-, plethysmografia-, kudosimpedanssi-, happisaturaatio- ja sykemittaukset. Näihin toteutetut ohjelmat ja kytkennät esitellään. Kolmas pilotti ei valmistunut tämän diplomityön aikana. Sen kehitys oli tarkoituskin jatkua. Tuolin oli tarkoitus sisältää EKG-, paino-, kudosimpedanssi-, happisaturaatio-, syke- ja plethymografiamittaukset sekä systolisen verenpaineen arvioinnin pulssiaikaviiveen avulla. Diplomityö esittelee siihen kuivaelektrodi kytkennän, joka suunniteltiin EKG-mittaukseen. Tehdyt RR-ja QT-intervallien automaattiset mittausmenetelmät esitellään. Suunnitellut menetelmät systolisen verenpaineen arviointiin pulssiaikaviiveellä esitellään. Diplomityössä toteutettiin mittaukset onnistuneesti jokaiseen siinä käytettyyn mittausmoduuliin. Työssä suoritettiin kokeita viidelle henkilölle. Ensinnäkin terveystuolin toisen pilotin mittaukset suoritettiin. Tulokset esitellään ja todettiin että kaikki mittaukset on toteutettavissa. Toiseksi RR- ja QT-intervallien automaattinen laskenta testattiin. LabVIEW-ohjelman laskemia tuloksia verrattiin MatLabilla manuaalisesti mitattuihin tuloksiin. RR-intervalleilla oli pienempi standardi deviaatio ja pienempi mediaani virhe kuin QT-intervalleilla. Ne saavuttivat tyydyttävän tarkkuuden. Viimeiseksi systolisen verenpaineen arviointi pulssiaikaviiveellä kokeiltiin kahdella eri tavalla. Tuloksissa todetaan että pulssiaikaviive ei ole sopiva absoluuttisen verenpaineen arviointiin, eikä sen tarkkuus riitä huomioimaan pieniä verenpaineen muutoksia, mutta se voisi olla sopiva menetelmä pitkä aikaiseen verenpaineen seurantaan.

Aalto University’s Health Factory executed development process to realize a health chair for monitoring patient state of health. Aim of this master’s thesis was to participate into the technical development of the health chair. This included designing wanted measurements to pilot designs from selected OEM modules. Including all the necessary coupling and programming to implement modules to monitoring state. The thesis introduces LabVIEW programs and couplings done to these modules on each pilot design. Aim was also to design, execute and test estimating of patient’s systolic blood pressure with pulse transit time method. A design of dry-electrode contact electrocardiography measurement from chosen ECG module was supposed to be realized. Automated calculations of RR and QT intervals were done. The thesis also collects information related to realize pilot design measurements. The thesis introduces health chair’s first pilot design, which worked as test platform to test the chosen measurement modules and verify their compatibility to use. Necessary programs and couplings were made to monitor the measurements. Secondly the master's thesis introduces second health chair pilot design. The design was more developed. It included blood pressure, weight, photoplethysmography, electrical bioimpedance, blood oxygen saturation and heart rate measurements. All these measurement were executed on this health chair. The third pilot design was not finished during this master’s thesis. The third pilot design was designed to include electrocardiography, weight, bioelectrical impedance, blood oxygen saturation, heart rate and photoplethysmography measurement and estimation of systolic blood pressure from pulse transit time. The thesis introduces designed dry-electrode ECG measurement. It introduces two systolic blood pressure estimation methods and RR and QT interval calculations. The calculations and systolic blood pressure estimation methods were made with LabVIEW. The designs of these programs are presented. Every measurement was completed on each module. Tests were made to five persons from different age categories. Firstly, functioning of second pilot design measurements were tested. Aim of the test was to verify that measurements could be executed with second pilot design. Results are presented in the thesis and refer that all the tests were completed. Secondly, usability of RR and QT interval calculations were tested. Aim of the test was to compare the results made with automated LabVIEW measurements and manually calculated result with Matlab. RR interval calculations had smaller standard deviation and median error than QT interval calculations. RR calculations were considered precise. Lastly, systolic blood pressure was estimated with measured pulse transit times from these five test persons. Two different estimation methods were used. Considering the results the method is neither compatible to determine absolute blood pressure or detecting small changes of systolic blood pressure but could be compatible for monitoring systolic blood pressure in long periods.
Description
Supervisor
Sepponen, Raimo
Thesis advisor
Linnavuo, Matti
Keywords
patient monitoring, electrocardiogram, oxygen saturation, LabVIEW, photoplethysmogram, pulse arrival time, pulse transit time, RR interval, QT interval
Other note
Citation