Testování nového typu senzoru na bázi Braggovské mřížky (FBG) a konvenční kyslíkové masky pro biomedicínské aplikace

Radek Holuša

Master's thesis

Testing of a new type of sensor based on Bragg grating (FBG) and conventional oxygen mask for biomedical applications

Abstract:

Tato diplomová práce se zabývá důkladným otestováním a analýzou optického senzoru s Braggovskou mřížkou (FBG). Tento senzor mi byl zadán vedoucím práce a slouží pro monitorování dechové frekvence lidského těla. Úvod práce se zaměřuje na teoretickou část, která se věnuje optickým vláknům, jejich využití v oblasti senzoriky a popisu Braggovské mřížky. Po teoretické části následuje část praktická, která se zaměřuje na návrh metody měření, zrealizování pracoviště a zpracování naměřených dat. Komplexní měření je založeno na dlouhodobých a krátkodobých sekvencích, celkový počet testovaných subjektů (dobrovolníků) byl 15. Statistická analýza je založena na srovnání naměřených dat z Braggovské mřížky senzoru s daty z konvenčního pneumatického pásu, který je zde určen jako reference. Zpracování bylo realizováno v programovacím prostředí Matlab, kde byl vytvořen vlastní skript pro zpracování signálu a analýzu dat. Pro statistické vyhodnocení byla použita medicínsky objektivní analýza známá jako Bland-Altmanova metoda. Průměrná shoda naměřených výsledků pomocí Bland-Altmanovy metody přesahovala 95\%. Na základě naměřených výsledků lze konstatovat, že navržená metoda měření pomocí FBG senzoru byla řádně otestována a ověřena. Přesto pro reálné využití v klinické praxi je žádoucí provést další komplexní navazující výzkum, který je ale nad rámec a nebyl zadáním této DP.

Abstract:

This master's thesis focuses on a comprehensive testing and analysis of an optical sensor with a Fiber Bragg Grating (FBG). The sensor was assigned to me by the thesis supervisor and is used for monitoring human body respiratory rate. The introduction of the thesis is dedicated to the theoretical part, which covers optical fibers, their applications in sensing, and the description of the Bragg Grating. Following the theoretical part, there is a practical section that focuses on the measurement method design, establishment of the workplace, and processing of the acquired data. The comprehensive measurement is based on long-term and short-term sequences, with a total of 15 subjects (volunteers) participating in the tests. The statistical analysis is based on comparing the measured data from the FBG sensor with the data from a conventional pneumatic belt, which serves as a reference. The data processing was performed using the Matlab programming environment, where a custom signal processing script and data analysis were developed. For statistical evaluation, the medically objective Bland-Altman method was utilized. The average agreement of the measured results using the Bland-Altman method exceeded 95\%. Based on the obtained results, it can be concluded that the proposed measurement method using the FBG sensor was thoroughly tested and validated. However, for practical implementation in clinical practice, further comprehensive follow-up research is desirable, which goes beyond the scope and was not part of this master's thesis.

Keywords

Braggovská mřížka, FBG, vitální funkce, dechová frekvence, optické vlákno

Keywords

Bragg grating, FBG, vital function, respiratory rate, optical fiber

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 30. 4. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 9. 8. 2023
• Supervisor: Jan Nedoma
• Reader: Daniel Križan

VSB – Technical University of Ostrava

Fakulta elektrotechniky a informatiky

Master programme / field:
Informační a komunikační technologie / Telekomunikační technika