Kablosuz polisomnografi cihazı tasarımı
Design of a wireless polysomnography device
Yazar: UĞUR ŞAHİN
Danışman: PROF. DR. OSMAN EROĞUL
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology

Özet:
Uyku sırasında yaşanan solunum güçlükleri, uyku apnesi ve horlama gibi solunum
problemleri hayatı tehdit eden ve uyku kalitesini olumsuz etkileyen uyku
bozukluklarındandır. Bu tip uyku bozukluklarının doğru teşhisi de hayati önem
taşımaktadır. Uykuda solunum bozukluklarının tespitinde altın standart olarak kabul
edilen polisomnografi; inoperatif elektrofizyolojik izleme yöntemleri kullanılarak
uykuya dalma sürecinde, uykuda ve uyku sonrasında sinir sisteminin,
kardiyorespiratuar sistemin ve vücut pozisyonu, vücut sıcaklığı gibi uykuyla ilişkili
bazı fiziksel ve fizyolojik büyüklüklerin gerçek zamanlı olarak kaydedilmesi olarak
tanımlanabilir. Test sonunda toplanan veriler, uzman hekim tarafından incelenir ve
uyku bozukluğu mevcut ise inceleme sonrası teşhisi yapılır. Polisomnografi testi
oldukça maliyetlidir ve uyku merkezlerinde bu test için sınırlı sayıda oda, test cihazı
ve uyku teknisyeni vardır. Bu sebeplerle, test maliyetlerini azaltmak ve daha fazla
hastaya hizmet vermek üzere uyku testlerinin evde gerçekleştirilmesine imkân verecek
cihazlar üretilmiştir. Genel olarak Evde Uyku Apnesi Testi (Home Sleep Apnea Test)
(HSAT) kiti olarak adlandırılan bu cihazlar; kandaki oksijen yoğunluğu (SpO2), vücut
pozisyonu ve solunum aktivitesi gibi vital sinyalleri izler ve kaydederler. İlerleyen ve 
v
gün geçtikçe küçülen teknolojinin ofislerimize, evlerimize hatta cebimize kadar
taşıdığı ve teknolojide yeni bir trend olan Nesnelerin İnterneti'nin (Internet of Things)
(IoT), e-sağlık alanında da önemli bir rol sahibi olacağı görülmektedir. Bu çalışmada
uyku problemi yaşayan hastaların bir uyku teknisyenine ihtiyaç duymadan evde uyku
testi yapılabilmelerini ve hastanın vital sinyallerinin anlık olarak izlenebilmesini
amaçlayan; IoT tabanlı, batarya ile beslenen, giyilebilir ve kompakt bir test cihazı
tasarlanmıştır. Hesaplama gücünü ve kablosuz haberleşme yeteneğini Espressif ESP32
SoC'den alan sistem saniyede 200 kez örneklenmiş EEG, EKG, 3 eksenli ataletsel
ölçüm birimi, solunum eforu, nazal basınç sensörü sinyallerini toplayabilen; Pulse
Oksimetre yardımıyla SpO2 hesabı yapabilen ve toplanan tüm verileri kablosuz ağ
üzerinden gönderebilen sistem, FreeRTOS gerçek zamanlı işletim sistemi ile
geliştirilmiş bir gömülü yazılıma sahiptir. Geliştirilen PSG cihazı, American Academy
of Sleep Medicine Guidelines'a göre Tip II geniş kapsamlı taşınabilir test cihazıdır.
Topladığı ve işlediği yaşamsal sinyaller ile elde ettiği SCOPER (Sleep,
Cardiovascular, Oximetry, Position, Effort, and Respiratory) skoru S2 C1 O1 P2 E2
R2 dir. Hasta üzerinden toplanan tüm veriler 2.4GHz Wi-Fi ağı üzerinden TCP/IP
protokolü aracılığı ile bir hedefe iletilmektedir. Toplanan veriyi izlemek ve kaydetmek
amacı ile bir Python uygulaması geliştirilmiştir. Ağ izleme uygulamaları ile yapılan
testlerde paket kaybı olmadan saniyede 200 paket iletildiği görülmüştür.

Abstract:
Respiratory problems such as breathing difficulties during sleep, sleep apnea and
snoring are life-threatening sleep disorders that adversely affect sleep quality.
Diagnosis of sleep disorders is also vital. Polysomnography, which is accepted as the
gold standard diagnostic method for sleep related respiratory disorders, can be defined
as the real-time recording of the nervous system, cardiorespiratory system and some
sleep-related physical and physiological parameters such as body position and body
temperature during the falling asleep process, during and after sleep using inoperative
electrophysiological monitoring methods. The data collected during the test are
examined by the specialist physician and if there is a sleep disorder, the diagnosis is
made after the examination of test results. Polysomnography tests are quite costly, and
sleep centers have a limited number of rooms, polisomnographies and sleep
technicians for the test. Therefore, devices that allow sleep tests to be performed at
home have been produced to reduce test costs and serve more patients. These devices
are generally known as Home Sleep Apnea Test (HSAT) kit. HSAT kits monitor and
record vital signals such as oxygen concentration in the blood (SpO2), body position,
and respiratory activity. In this study, we aimed to make sleep tests at home for patients 
vii
with sleep problems without the need for a sleep technician and to monitor the patient's
vital signals instantly; An IoT-based, battery powered, wearable and compact wireless
polysomnography system has been designed. The system, has calculation power and
wireless communication capabilit of Espressif ESP32 SoC, can collect EEG, ECG, 3-
axis inertial measurement unit, respiratory effort, nasal pressure sensor signals 200
times per second; calculate SpO2 with the help of Pulse Oximeter and able to send all
collected data over the wireless network. This PSG device is a Type II comprehensive
portable test device according to the American Academy of Sleep Medicine
Guidelines. The SCOPER (Sleep, Cardiovascular, Oximetry, Position, Effort, and
Respiratory) score obtained is S2 C1 O1 P2 E2 R2. All data collected from the patient
are transmitted to a target via the 2.4GHz Wi-Fi network using TCP/IP protocol. A
Python application has been developed to monitor and record the collected data. In
tests conducted with network monitoring applications, it was observed that 200 packets
were transmitted per second without packet loss.