Nový MR-kompatibilní senzor dechové činnosti lidského těla založený na kombinaci Braggovské mřížky a konvenční kyslíkové masky

Radek Lacina

Diplomová práce

A New MR-compatible Sensor for Monitoring the Respiratory Activity of the Human Body Based on a Combination of the Bragg Grating and a Conventional Oxygen Mask

Anotace:

Tato diplomová práce se zabývá návrhem a následným vytvořením senzoru na bázi Braggovské mřížky s využitím konvenční celoobličejové masky a EMI materiálů pro monitorování základní vitální funkce lidského těla a to dechové frekvence. Senzor je charakterizován inovativními vlastnostmi pro oblast biomedicíny, jako je nízká hmotnost a malé rozměry, jednoduchá implementace na lidské tělo a možnost využití v prostředí magnetické rezonance. Braggovská mřížka, její princip a základní vlastnosti jsou popsány v teoretické části této práce. Praktická část rozebírá vytvoření 3D modelu, využití 3D tisku a následné experimentální měření. V něm se zahrnulo šest dobrovolníků mužského pohlaví u kterých se monitorovala dechová frekvence. Data získaná z realizovaného FGB senzoru se porovnala vůči referenčnímu senzoru. Pro statistickou analýzu byla použita Bland-Altmanova metoda. Výsledky experimentálního měření dosahovaly dle Bland-Altmanovy metody více jak požadovaných 95 % a senzor byl úspěšně otestován.

Abstract:

This thesis explains the desing and subsequent development of a Bragg grating based sensor using a conventional full-face mask and EMI materials for monitoring a basic vital function of the human body, namely the respiratory rate. The sensor is characterized by innovative features for the biomedical field such as light weight and small size, easy implementation on the human body and the possibility of use in an MRI environment. The Bragg grating, its principle and basic properties are described in the theoretical part of the thesis. The practical part discusses the creation of a 3D model, the use of 3D printing and subsequent experimental measurements. That involved six male volunteers in whom the respiratory rate was monitored. The data obtained from the implemented FGB sensor was compared against a reference sensor. The Bland-Altman method was used for statistical analysis. According to the Bland-Altman method, the results of the experimental measurements were more than the required 95 % and the sensor was successfully tested.

Klíčová slova

Braggovská mřížka, Teplota, Mechanické napětí, Optovláknový senzor, 3D tisk, Dechová frekvence

Keywords

Fiber Bragg Gating, Temperature, Mechanical strain, Fiber-optic senzor, 3D print, Respiratory rate

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 30. 4. 2024

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 4. 6. 2024
• Vedoucí: Jan Nedoma
• Oponent: Stanislav Kepák

VŠB – Technická univerzita Ostrava

Fakulta elektrotechniky a informatiky

Magisterský studijní program:
Komunikační a informační technologie