Nefes takip sistemi tasarımı ve giyilebilir sisteme entegresi
Breath tracking system design and integration into the wearable system
Yazar: ÜNAL HANCILAR
Danışman: DOÇ. DR. UMUT ENGİN AYTEN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Nefes = Breath ; Sensörler = Sensors ; Solunum tedavisi = Respiratory theraphy ; Tasarım = Design

Özet:
Günümüz gelişen teknolojisinde giyilebilir sensörlere, kablosuz uzaktan izleme yöntemlerine olan önem ve ilgi artmaktadır. Özellikle insan fizyolojik sinyalleri olan kalp ritmi, solunum, elektroensefalografi (EEG), elektromiyografi (EMG), elektrokardiyografi (EKG), oksijen satürasyonu gibi sinyaller üzerinde çalışmalar yoğun şekilde yapılmaktadır. Tüm bu fizyolojik sinyaller, hekimlere hastalık öncesi teşhis için işaret olabilir. Bu sinyallerden olan solunum hızında anormallikler yaşanması ise önemli hastalıkların habercisi olabilir veya ani solunum durmasının erken teşhisi ile hastaya erken müdahale imkanı doğabilir. Bu çalışma kapsamında sürekli olarak nefes takibi yapabilen giyilebilir, kablosuz ve düşük maliyetli, solunum sırasında oluşan göğüs/diyafram hareketlerini algılayan bir sensör tasarlanmış ve giyilebilir sisteme entegre edilerek devre tasarımı gerçekleştirilmiştir. Sensör, basınca duyarlı bir malzeme ve hassasiyeti arttırmak için tekstil ürünlerinden oluşmakta ve mikrodenetleyici tabanlı devre kartı ile kontrol edilmektedir. Sensörün başarısını tespit edebilmek için literatürde altın standart olarak kullanılan referans bir solunum kemeri cihazı ve tasarlanan sistem ile gönüllü deneklerle testler yapılmıştır. 20 gönüllü denek üzerinde invaziv olmayacak şekilde 79 farklı test yapılmıştır; dik otururken, uzanırken, ayakta, hızlı nefes ve derin nefes test durumlarını oluşturmuştur. Yapılan testlerde, tasarlanan sensör ve referans cihaz ile aynı anda ölçüm yapılmış ve başarı ölçütü için dakikadaki nefes sayıları hesaplanmıştır. Sistemin sürekli olarak nefes takibi yapabilmesi, aldığı verileri bir buluta anlık gönderebilmesi ve doğruluk açısında da referans cihaza göre ve literatürdeki diğer çalışmalara göre yüksek başarı sağlanması bu çalışmada gösterilmiştir.

Abstract:
In today's developing technology, the importance and interest of wireless remote monitoring methods and wearable sensors are increasing. In particular, studies on signals such as heart rhythm, respiration, electroencephalography (EEG), electromyography (EMG), electrocardiography (ECG), oxygen saturation, which are human physiological signals, are carried out intensively. All these physiological signals can be signal to doctors for pre-disease diagnosis. Abnormalities in the respiratory rate, which is one of these signals, may be a harbinger of important diseases or early diagnosis of sudden respiratory arrest may lead to early intervention to the patient. Within the scope of this study, a wearable, wireless and low-cost sensor that detects chest/diaphragm movements during breathing, which can continuously monitor breathing, was designed and integrated into the wearable system, and circuit design was carried out. The sensor consists of a pressure sensitive material and textile products to increase sensitivity and can be controlled with a microcontroller based circuit board. In order to determine the success of the sensor, a reference respiration belt device, which is used as the gold standard in the literature, and the designed system were tested with volunteer subjects. 79 different non-invasive tests were performed on 20 volunteer subjects; sitting upright, lying down, standing, rapid breathing and deep breathing were test situations. In the tests, measurements were made simultaneously with the designed sensor and reference device, and the number of breaths per minute was calculated for the success criterion. In this study, it has been shown that the system can continuously monitor breath, send the data it receives instantly to a cloud, and achieve higher success in terms of accuracy compared to the reference device and other studies in the literature.