Kelepçesiz tansiyon aleti analizi ve tasarımı
Analysis and design of cuff-less blood pressure device
Yazar: SENA NUR ACAR KARAÇAY
Danışman: DOÇ. DR. SADULLAH ÖZTÜRK
Fatih Sultan Mehmet Vakıf Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control ; Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Doğrusal regresyon = Linear regression ; Doğrusal regresyon modelleri = Linear regression models ; Elektrokardiyografi = Electrocardiography ; Fotopletismogram (PPG) sinyalleri = Photoplethysmogram (PPG) signals ; Hipertansiyon = Hypertension ; Kan basıncı = Blood pressure ; Regresyon analizi = Regression analysis ; Sensörler = Sensors

Özet:
Kan basıncının ölçülmesi ve sürekli izlenmesi, hipertansiyon başta olmak üzere bir çok kalp hastalığının erken teşhis edilmesinde çok önemli rol oynar. Bu çalışmada kelepçesiz tansiyon aleti analizi ve tasarımı amaçlanmıştır. Kelepçesiz tansiyon ölçümünün temel çalışma prensibi atımlı geçiş süresine (PTT) dayanır. Atımlı geçiş süresi (PTT), elektrokardiyografinin (EKG) R-tepe noktası ile fotopletismogram (PPG) sinyalinin maksimum değer yüksekliğinin %25'i veya %50'si olan nokta arasındaki süredir. PTT değeri ile tansiyon arasındaki ilişki kullanılarak regresyon analizi ile tansiyon değerleri tahmini yapılır. Literatür de yapılan çalışmalar detaylı bir şekilde incelenmiştir ve eksik görülen noktalar üzerinde çalışılmıştır. Literatürdeki çalışmalardan farklı olarak atımlı geçiş zamanı (PTT) için birden fazla değer ele alınarak çalışmalar yürütülmüştür. Bu çalışmada EKG, PPG ve tansiyon değerlerinden oluşan hazır veriler kullanılarak 4000 hastanın verileri incelenmiştir. PTT değeri hesaplanırken literatürde en çok kullanılan dört nokta belirlenmiştir ve bu dört noktadan PTT hesaplanması yapılmıştır. PTT hesaplandıktan sonra farklı regresyon analiz yöntemleri kullanılarak tansiyon sonuçları elde edildi ve en başarılı yöntemi belirlenmesi için analiz çalışması yapılmıştır. Elde edilen tansiyon tahmin sonuçları daha sonra Tıbbi Cihaz Geliştirme Derneği (AAMI) ve İngiliz Hipertansiyon Derneği (BHS) standartları dikkate alınarak uygunluklarına göre sınıflandırılmıştır. Çalışmanın ikinci aşamasında cihaz prototipi oluşturuldu. EKG kiti ve PPG sensörü ile veriler alınarak analiz edilmiştir. Sensörler ile veriler alınırken, eş zamanlı olarak kalibrasyonu yapılmış bir tansiyon aleti ile kan basıncı değerleri ölçülmüştür. Bu değerler referans kan basıncı değerleri olarak kullanılmıştır. Sensörlerden alınan verilerden PTT değerleri hesaplanarak regresyon analizi yöntemleri ile tansiyon tahmin sonuçları elde edilmiştir. Sensörlerden alınan verilerden elde edilen sonuçlar ile hazır verilerden elde edilen sonuçlar karşılaştırılmıştır. Prototip cihaz, sistolik kan basıncı (SBP), diyastolik kan basıncı (DBP) ve ortalama arter basıncı (MAP) için en doğru sonucu veren yöntemler tek bir PTT değeri ve regresyon yöntemi kullanmak yerine farklı yaklaşımlar ele alınmıştır. Hazır verilerle yapılan analizin sonucunda sistolik kan basıncı (SBP), diyastolik kan basıncı (DBP) ve ortalama arter basıncı (MAP) tahmin sonuçları elde edilirken farklı regresyon yöntemleri ve PTT değerleri kullanılmasına karar verilmiştir. Farklı yöntemler kullanılarak doğruluğu daha yüksek bir cihaz prototipi oluşturulmuştur.

Abstract:
Measurement and continuous monitoring of blood pressure plays a significant role in the early diagnosis of many heart diseases, especially hypertension. The aim of this study was to analyze and develop cuffless blood pressure monitors. The basic principle of operation of blood pressure measurement without cuff is based on pulse transition time (PTT). Pulse transition time (PTT) is the time between the R peak of the electrocardiogram (ECG) and the point at which the photopletismogram (PPG) signal is 25% or 50% of the maximum value. Blood pressure values are estimated by regression analysis based on the relationship between the PTT value and blood pressure. The studies performed in the literature were reviewed in detail and the missing points were investigated. Unlike the studies in the literature, studies were conducted in which more than one value for pulse transition time (PTT) was considered. In this study, data from 4000 patients were examined, using preformed data consisting of ECG, PPG, and blood pressure values. In calculating the PTT value, the four most commonly used points in the literature were determined, and PTT was calculated from these four points. After calculating PTT, blood pressure values were obtained and analyzed by different methods of regression analysis to determine the most significant method. The obtained blood pressure prediction results were then classified according to their compliance with the Medical Device Development Association (AAMI) and British Hypertension Association (BHS) standards. In the second phase of the study, a prototype of the device was developed. Data were analyzed using an ECG kit and a PPG sensor. While data were recorded with the sensors, blood pressure values were measured with a blood pressure monitor, which was calibrated at the same time. These values were used as reference blood pressure values. PTT values were calculated from the data recorded by the sensors, and blood pressure prediction results were obtained by regression analysis techniques. The results from the data recorded by the sensors and the results from the precalculated data were compared. The prototype of the device, the methods that provide the most accurate results for systolic blood pressure (SBP), diastolic blood pressure (DBP), and mean arterial pressure (MAP), instead of using a single PTT value and a regression method, different approaches are discussed. As a result of the analysis with prefabricated data, it was decided to use different regression methods and PTT values, obtaining the prediction results for systolic blood pressure (SBP), diastolic blood pressure (DBP), and mean arterial pressure (MAP). Different methods were used to develop the prototype of a device with higher accuracy.