Fiber-optic grating structures and their implementation into wearable textiles for biomedical applications in magnetic resonance environments

Križan, Daniel

EN SKPřihlásit se Přihlásit se (EduID)

Theses.cz

Theses 6zrism

Fiber-optic grating structures and their implementation into wearable textiles for biomedical applications in magnetic resonance environments – Daniel Križan

Daniel Križan

Disertační práce

Fiber-optic grating structures and their implementation into wearable textiles for biomedical applications in magnetic resonance environments

Anotace:

Tato disertační práce se zabývá návrhem a experimentálním ověřením nositelného optovlák nového senzorického systému založeného na vláknových Braggových mřížkách pro neinvazivní sledování dechové a tepové frekvence. Novost předloženého řešení spočívá v odnímatelné foto nické části: mřížka je zapouzdřena v samostatném snímacím prvku, který se k textilii připojuje mechanickým rozhraním a lze jej kdykoli odejmout. Snímací poloha tím přestává být dána stři hem oděvu, poškozenou část lze vyměnit samostatně a textilii prát bez optických prvků; snímací část přitom neobsahuje kovové součásti, a zůstává tak použitelná v prostředí magnetické rezo nance. Materiálová studie porovnala sto kombinací pěti textilních substrátů, pěti adheziv a čtyř typů optických vláken odtrhovými, cyklickými ohybovými a pracími zkouškami. Na jejím zá kladě byla navržena nositelná textilie se třemi odnímatelnými fotonickými částmi na hrudníku a břiše, ověřená na souboru 20 zdravých dobrovolníků, tvořeném 14 muži a 6 ženami. Měřicí pro tokol zahrnoval dvacet třicetiminutových klidových záznamů a 640 řízených pohybových úkonů, snímaných všemi třemi částmi současně se vzorkovací frekvencí 1 kHz. Navržená metoda rekon strukce průběhu měření umístila u všech subjektů kompletní posloupnost úkonů ve správném pořadí a 99,4 % z nich navázala na skutečný projev v signálu. Pro dechovou frekvenci bylo dosaženo mediánové citlivosti 99,7 % a pozitivní prediktivní hodnoty 98,9 %, přičemž chyba proti referenčnímu dechovému pásu zůstala v mediánu pod jedním dechem za minutu, tedy 0,67 až 0,79 min-1 podle snímací polohy. Mediánový podíl nalezených referenčních tepů činil 94,9 % na hrudní, 72,2 % na střední břišní a 63,8 % na dolní břišní části; optimální snímací poloha nebyla u všech osob shodná, což podporuje zvolený modulární koncept systému. Cho vání systému v prostředí magnetické rezonance bylo ověřeno na fantomu v tomografu s indukcí statického pole 3 T. V rámci použitých sekvencí nebyl pozorován vliv snímacích částí na homoge nitu magnetického pole ani vznik geometrických či susceptibilitních artefaktů; závěry se vztahují k testovanému uspořádání, použitému tomografu a zvolené sadě sekvencí. Odnímatelná fotonická část tak umožňuje sledovat dechovou i tepovou aktivitu nositelnou textilií a vytváří základ pro další vývoj nositelných fotonických systémů určených pro prostředí magnetické rezonance. …více

Abstract:

This doctoral thesis addresses the design and experimental verification of a wearable fiber-optic sensing system based on fiber Bragg gratings for non-invasive monitoring of respiratory and heart rate. The novelty of the proposed solution lies in the detachable photonic part: the grating is encapsulated in a separate sensing element that is attached to the textile through a mechanical interface and can be removed at any time. The sensing position is thus no longer dictated by the cut of the garment, a damaged part can be replaced on its own and the textile can be laundered without optical components; the sensing part contains no metallic components and therefore remains usable in the magnetic resonance environment. A material study compared one hundred combinations of five textile substrates, five adhesives and four types of optical fiber by pull-off, cyclic bending and laundering tests. On this basis, a wearable textile with three detachable photonic parts on the thorax and abdomen was designed and verified on a study sample of 20 healthy volunteers, comprising 14 men and 6 women. The measurement protocol comprised twenty thirty-minute resting records and 640 controlled motion tasks, acquired by all three parts simultaneously at a sampling rate of 1 kHz. The proposed method for reconstructing the course of a measurement placed the complete sequence of tasks in the correct order for every subject and linked 99.4 % of them to an actual manifestation in the signal. For respiratory rate, a median sensitivity of 99.7 % and a positive predictive value of 98.9 % were reached, while the median error against the reference respiratory belt remained below one breath per minute, that is 0.67 to 0.79 min-1 depending on the sensing position. The median proportion of reference beats found was 94.9 % for the thoracic, 72.2 % for the mid-abdominal and 63.8 % for the lower-abdominal part; the optimal sensing position was not the same for all subjects, which supports the modular concept adopted for the system. The behaviour of the system in the magnetic resonance environment was verified on a phantom in a scanner with a static field of 3 T. Within the sequences used, no effect of the sensing parts on the homogeneity of the magnetic field and no geometric or susceptibility artefacts were observed; the conclusions apply to the arrangement tested, the scanner used and the sequence set selected. The detachable photonic part thus allows both respiratory and cardiac activity to be monitored with a wearable textile and forms a basis for the further development of wearable photonic systems intended for the magnetic resonance environment. …více

Jazyk práce: angličtina

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 21. 8. 2026

Obhajoba závěrečné práce

Vedoucí: Jan Nedoma
Oponent: Ondřej Životský, Petr Münster, Čestmír Vlček

Citační záznam

Citovat tuto práci

Citace dle ISO 690:

KRIŽAN, Daniel. \textit{Fiber-optic grating structures and their implementation into wearable textiles for biomedical applications in magnetic resonance environments}. Online. Disertační práce. Ostrava: Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava, Fakulta elektrotechniky a informatiky. 2026. Dostupné z: https://theses.cz/id/6zrism/.

@PhdThesis{Krizan2026thesis,
AUTHOR = "Križan, Daniel",
TITLE = "Fiber-optic grating structures and their implementation into wearable textiles for biomedical applications in magnetic resonance environments [online]",
YEAR = "2026 [cit. 2026-09-16]",
TYPE = "Disertační práce",
SCHOOL = "Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava, Fakulta elektrotechniky a informatikyOstrava",
NOTE = "SUPERVISOR: Jan Nedoma",
URL = "https://theses.cz/id/6zrism/",
}

@PhdThesis{Krizan2026thesis,
AUTHOR = {Križan, Daniel},
TITLE = {Fiber-optic grating structures and their implementation into wearable textiles for biomedical applications in magnetic resonance environments},
YEAR = {2026},
TYPE = {Disertační práce},
INSTITUTION = {Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava, Fakulta elektrotechniky a informatiky},
LOCATION = {Ostrava},
SUPERVISOR = {Jan Nedoma},
URL = {https://theses.cz/id/6zrism/},
URL_DATE = {2026-09-16},
}

{{Citace kvalifikační práce
 | příjmení = Križan
 | jméno = Daniel
 | instituce = Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava, Fakulta elektrotechniky a informatiky
 | titul = Fiber-optic grating structures and their implementation into wearable textiles for biomedical applications in magnetic resonance environments
 | url = https://theses.cz/id/6zrism/
 | typ práce = Disertační práce
 | vedoucí = Jan Nedoma
 | rok = 2026
 | počet stran =
 | strany =
 | citace = 2026-09-16
 | poznámka =
 | jazyk = 
}}

Plný text práce

Právo: Plné texty vysokoškolských kvalifikačních prací obhájených na Vysoké škole báňské - Technické univerzitě Ostrava jsou uloženy v repozitáři DSpace. Přístup k plným textům mají všichni uživatelé bez omezení. Přístup je omezen pouze ve výjimečných případech, zpravidla z důvodu ochrany duševního vlastnictví. Nepřístupné práce jsou označeny jako closedAccess nebo embargoedAccess. Tištěné verze prácí jsou uloženy v Ústřední knihovně VŠB-TUO a jsou prezenčně přístupné ve studovně diplomových prací. Další nakládání s prací (kopírování, opisy, MVS)se řídí Knihovní a výpůjčním řádem Ústřední knihovny VŠB-TUO.

Obsah online archivu závěrečné práce

Zveřejněno v Theses:

Soubory jsou nedostupné.

Jak jinak získat přístup k textu

Instituce archivující a zpřístupňující práci: VŠB – Technická univerzita Ostrava

VŠB – Technická univerzita Ostrava

Fakulta elektrotechniky a informatiky

Doktorský studijní program:
Komunikační technologie

Práce na příbuzné téma

Nositelné systémy pro monitorovaní vitálních funkcí u zvířat na bázi virtuální bioinstrumentace
Marie Kazlepková
Monitorování vitálních funkcí v rámci lůžka na bázi virtuální bioinstrumentace
Andrea Vinklerová
Potlačení mechano-akustického rušení při monitorování vitálních funkcí na bázi BKG během vyšetření v MR
Alžběta Bystroňová
Monitorování vitálních funkcí lidského těla pomocí optovláknových senzorů integrovaných v opěradlech sedadel
Jana Boháčová
Optimalizace umístění FBG senzorů v textiliích pro monitorování pohybových artefaktů a vitálních funkcí lidského těla
Matěj Liška
Monitorování vitálních funkcí v automobilech
Klaudia Ježíková
Systém pro automatické vyhodnocení vitálních funkcí zvířat
David Šec
Problematika monitorování vitálních funkcí u MR vyšetření
Karolína Feberová

Všechny práce

Theses.cz

Fiber-optic grating structures and their implementation into wearable textiles for biomedical applications in magnetic resonance environments – Daniel Križan

Daniel Križan

Disertační práce

Fiber-optic grating structures and their implementation into wearable textiles for biomedical applications in magnetic resonance environments

Fiber-optic grating structures and their implementation into wearable textiles for biomedical applications in magnetic resonance environments

Anotace:

Abstract:

Klíčová slova

Keywords

Obhajoba závěrečné práce

Citační záznam

Citace dle ISO 690:

Plný text práce

Obsah online archivu závěrečné práce

Jak jinak získat přístup k textu

VŠB – Technická univerzita Ostrava

Práce na příbuzné téma