Návrh a realizace zařízení pro měření tremoru

Abstract

Tato práce se zabývá návrhem, realizací a následným ověření zařízení, které bude sloužit k měření tremoru pacientů s roztroušenou sklerózou. Tremor je nekoordinovaný rytmický pohyb zejména paží a rukou. Abychom dokázali tento příznak, který velmi ovlivňuje život pacienta, potlačit, je nutný další výzkum tohoto příznaku. Výzkumem tremoru pacientů s roztroušenou sklerózou se zabývá projekt ve spolupráci s klinikou rehabilitačního lékařství FNKV. Právě pro tento projekt je zařízení vytvořeno. Nejprve byl realizován hardware zařízení, který obsahuje všechny důležité komponenty. Zařízení je řízeno vývojovou deskou Arduino nano. Pro snímání třesu je použit senzor MPU6050, jeho součástí je tříosý akcelerometr a tříosý gyroskop. Senzor je umístěn na prstýnku univerzální velikosti, který bude během měření umístěn na prstu pacienta. Data ze senzoru jsou ukládána na SD kartu. Komunikace s uživatelem probíhá přes LDC display. Algoritmus zařízení je definován několika stavy. Těmito stavy jsou: "Připraveno", "Probíhá měření", "Konec měření", "Chyba senzoru", "Chyba SD karty". V další části byla ověřena měřicí schopnost zařízení. Zařízení bylo připevněno na kyvadla o různých délkách a byla nahrávána data. Předpokladem bylo, že výsledný signál bude opisovat tlumené harmonické kmitání. Po naměření byl tedy signál napárován na tlumené harmonické kmitání a byla vyhodnocena shoda mezi signálem a ideální křivkou tlumené sinusovky. Pro kyvadlo délky 70,0 cm byla SSE =0,02 m2.s-4, R-square = 0,98 a RMSE = 0,001. Pro kyvadlo délky 52,5 cm je SSE = 0,01 m2.s-4, R-square = 0,99, RMSE = 0,001. Pro kyvadlo délky 25,5 cm je SSE = 0,03 m2.s-4, R-square = 0,97 a RMSE = 0,001. Bylo sestrojeno zařízení, které obsahuje všechny důležité komponenty a jeho vzorkovací frekvence je stabilní a dostatečně velká (100 Hz). Pokusná měření ukazují, že zařízení měří dostatečně přesně a je vhodné pro praktické použití.

This thesis deals with design, realisation and evaluation of device which will be used to measure tremor in patients with multiple sclerosis. Tremor is uncoordinated rhythmical movement especially of hands and arms. To suppress this symptom, which really influences the patient's life, further research is needed. A project in cooperation with Clinic of rehabilitation medicine of FNKV deals with research of tremor in patients. The device was developed to support that project. Firstly the hardware containing all necessary components was implemented. The device is controlled by development platform Arduino nano. To capture the tremor a MPU6050 sensor is used. The sensor consists of 3-axis accelerometer and 3-axis gyroscope. During measurement the sensor is placed on a ring of universal size which is worn on a finger of a patient. The data captured by the sensor are saved to a SD memory card. The device communicates with the user via LCD display. The algorithm of device is defined by several states. These states are: "Ready", "Measuring", "Measurement finished", "Sensor error" and "SD card error". In the following part the measuring properties of the device was evaluated. The device was placed on several pendulums of different lengths and data were recorded. It was supposed that measured signal will match to damped harmonic oscillations. The recorded signal was fitted to damped oscillator curve and the match between signal and ideal curve of damped sinus was evaluated. For pendulum of length 70 cm these parameters were computed: SSE =0,02 m2.s-4, R-Square = 0,98 and RMSE = 0,001; for pendulum of length 52,5 cm SSE = 0,01 m2.s-4, R-square = 0,99, RMSE = 0,001; for pendulum of length 25,5 cm SSE = 0,03 m2.s-4, R-square = 0,97 a RMSE = 0,001. The final device has all necessary components and its sample frequency is stable and high enough (100 Hz). Testing measurements showed that the device measures accurately and is suitable for practical use.