Návrh a testování elektrochemických senzorů pro možnost monitorování nástupu kompartment syndromu

Ladislav Havelka

Master's thesis

Design and Realisation of Electrochemical Sensors for Compartment Syndrom Monitoring

Abstract:

Diplomová práce se zabývá návrhem a testováním elektrochemických senzorů pro možnost neinvazivní monitorace nástupu kompartment syndromu. Teoretická část práce se zabývá literární rešerší týkající se problematiky kompartment syndromu, jeho vzniku, rizikových faktorech, možnostech terapie a současnými metodami pro diagnostiku syndromu se zaměřením na neinvazivní metody a využití elektrochemických měření pro monitoraci zvyšujícího se intramuskulárního tlaku v průběhu kompartment syndromu. Experimentální část práce se zabývá návrhem modelu simulujícího kompartment syndrom v laboratorních podmínkách, návrhem metodiky měření v navrženém modelu pro otestování elektrochemických senzorů a návrhem elektronických modulů pro zpracování signálu ze senzoru, konkrétně z ISFET pH senzoru, který se jeví, jako vhodný prostředek pro neinvazivní diagnostiku kompartment syndromu, zejména z pohledu menší zátěže pro pacienta a možnostech měření i pod sádrovými dlahami. Dále je v modelovém systému kompartment syndromu testováno modifikovaného složení elektrolytu. V případě prokázání teoretických předpokladů, zejména vyšší citlivosti měření, by mohl být modifikovaný elektrolyt použit k výrobě nových senzorů pro neinvazivní diagnostiku kompartment syndromu. Z provedeného otestování modifikovaného složení elektrolytu vyplívá, že v tomto modifikovaném složení elektrolytu není závislost pH na změně parciálního tlaku pCO2 v souladu s teoretickým předpokladem a do budoucna je nutno najít jiné složení, které bude vykazovat požadovaný průběh závislosti, tedy zvýšenou citlivost v zájmové oblasti měřených parciálních tlaků, které se projevují u postižených končetin kompartment syndromem. Tato práce jednoznačně umožnila orientaci v chemických dějích, které probíhají při kompartment syndromu v tkáni a nastínila možnost jejich záznamu pomocí ISFET pH senzoru.

Abstract:

The diploma thesis deals with design and realization of electrochemical sensors for noninvasive compartment syndrome monitoring. The theoretical part of the thesis deals with the literature review concerning the problems of compartment syndrome, its origin, risk factors, possibilities of therapy and current methods for syndrome diagnosis with a focus on non-invasive methods and the use of electrochemical measurements for monitoring of increasing intramuscular pressure during compartment syndrome. The experimental part of the thesis deals with the design of the model simulating compartment syndrome in laboratory conditions, the design of the measurement methodology in the proposed model for testing electrochemical sensors and designing electronic modules for signal processing from the sensor, namely the ISFET pH sensor, which appears to be a suitable tool for non-invasive diagnostics compartment syndrome, especially in terms of less patient burden and measurement options even under plaster plates. Furthermore, a modified electrolyte composition is tested in the compartment syndrome model system. If theoretical assumptions are demonstrated, particular a higher measurement sensitivity, the modified electrolyte could be used to produce new sensors for non-invasive diagnosis of compartment syndrome. The testing of the modified electrolyte composition results in the fact that in this modified electrolyte composition the dependence of pH on the change of the partial pressure of pCO2 is not in accordance with the theoretical assumption and in the future it is necessary to find another composition which will show the desired course of dependence, ie increased sensitivity in the area of interest measured partial pressures that manifest in the affected limbs compartment syndrome. This work clearly enabled the orientation in the chemical processes that take place in the compartment syndrome in the tissue and outlined the possibility of their recording using the ISFET pH sensor.

Keywords

Kompartment syndrom, diagnostika kompartment syndromu, neinvazivní diagnostika, změny tkáňového pH, intrakompartmentální tlak

Keywords

Compartment syndrome, diagnosis of compartment syndrome, noninvasive diagnostics, tissue pH changes, intracompartmental pressure

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 30. 4. 2019

Thesis defence

• Date of defence: 31. 5. 2019
• Supervisor: Marek Penhaker
• Reader: Juraj Leško

VŠB - Technical University of Ostrava

Fakulta elektrotechniky a informatiky

Master programme / field:
Elektrotechnika / Biomedicínské inženýrství