Ověření parametrů MTM mikrovlnných senzorů pro neinvazivní měření koncentrace glukózy v krvi

David Štěrba

Master's thesis

Verification of MTM Parameters of Microwave Sensors for Non-Invasive Measurement of Blood Glucose Concentration

Abstract:

Dielektrické vlastnosti krve jsou ovlivňovány koncentrací glukózy. Změnu těchto vlastností lze využít při stanovování glykémie prostřednictvím mikrovlnných senzorů. Takové měření by bylo neinvazivní a bylo by velmi vhodné pro pacienty s onemocněním diabetes mellitus. Diplomová práce se zabývá ověřením existujícího metamateriálového mikrovlnného senzoru na pěti subjektech. Subjektům byla úmyslně zvýšena koncentrace glukózy v krvi podáním roztoku glukózy rozpuštěné ve vodě dle metodiky standardního orálního gukózového tolerančního testu. V průběhu experimentu byly měřeny S-parametry mikrovlnného senzoru, teplota v okolí senzoru a tlak vyvíjený během měření rukou subjektu na senzor. Glykémie byla zároveň měřena pomocí invazivního kontinuálního systému a konvenčního glukometru. Pro vyhodnocení dat byla použita změna fáze $\varphi$ parametru $S^*_{21}$. Z vyhodnocených naměřených dat vyplývá, že v reálných podmínkách do měření zasahuje několik negativních vlivů, jako je pocení subjektů, otlačení v místě přiložení senzoru, teplota samotného mikrovlnného senzoru, kvůli kterým nelze bezpečně určit koncentraci glukózy v krvi pomocí změny fáze, minimálně pro navržené měřicí uspořádání.

Abstract:

The dielectric properties of blood are affected by glucose concentration. Changing of these properties can be used to determine glycemia by using microwave sensors. Such a measurement would be non-invasive and would be very suitable for patients with diabetes mellitus. This diploma thesis deals with the verification of an existing metamaterial microwave sensor for five subjects. Blood glucose levels of subjects were deliberately elevated by administering a solution of glucose dissolved in water, according to the used oral glucose tolerance test procedure. During the experiment, the S-parameters of the microwave sensor, the temperature around the sensor and the pressure applied to the sensor were measured. Simountaneously with these parameters, blood glucose was measured by invasive continuous system and a conventional glucometer. The phase change $\varphi$ of the measured parameter $S^*_{21}$ was used for data evaluation. The evaluated data showed that under the real conditions the measurement is affected by several negative effects, such as sweating of subjects, pressure on the sensor, the temperature of the microwave sensor itself, due to which it is not possible to safely determine blood glucose concentration by phase change, at least for the proposed measuring arrangement.

Keywords

Neinvazivní měření glukózy, mikrovlnný senzor, metamateriálový senzor

Keywords

Non-invasive glucose measurement, microwave sensor, metamaterial sensor

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 30. 4. 2020

Thesis defence

• Date of defence: 19. 8. 2020
• Supervisor: Martin Augustynek
• Reader: Ondřej Fišer

VSB – Technical University of Ostrava

Fakulta elektrotechniky a informatiky

Master programme / field:
Elektrotechnika / Biomedicínské inženýrství