Mobilní jednotka pro sběr biomedicínských dat v experimentálním prostředí

Abstract

Téma diplomové práce je zaměřeno na konstrukci systému pro sběr dat v experimentálním prostředí, který bude disponovat především kompaktností, robustním ovládáním a mobilitou. První část práce je věnována rozboru trhu, který uvádí stávající zařízení pro sběr dat předními výrobci a dostupných komponent pro konstrukci mobilní jednotky. Z tohoto přehledu vyplývá potřeba konstrukce nového systému, který je oproti stávajícím systémům mobilní a disponuje vlastním softwarem pro ukládání dat. Pro samostatný sběr dat pomocí zkonstruované mobilní jednotky není potřeba dalšího hardwarového ani softwarového příslušenství. V druhé části je řešena realizace hardwaru, která umožňuje sběr dat ze čtyř analogových vstupů, disponuje vhodným AD převodníkem, interní baterií a paměťovým médiem. Základním prvkem hardwarové konstrukce je jednodeskový počítač Raspberry Pi, kdy ostatní komponenty jsou s tímto systémem plně kompatibilní. Robustní ovládání je zajištěno pomocí dotykového displeje v kombinaci s vyvinutou webovou aplikací. Vývojem softwarového řešení pomocí webové aplikace, která umožňuje robustní ovládání a ukládání dat, se zabývá třetí část diplomové práce. Poslední část práce je věnována zhodnocení kvality záznamu naměřeného zkonstruovanou mobilní jednotkou. Pro ověření funkčnosti a kvality zaznamenaných dat bylo provedeno nejdříve měření pomocí generátoru signálu, kdy byla ověřována funkčnost a přesnost zkonstruované mobilní jednotky. Druhá část měření se věnovala ověření sběru biomedicínských dat se stávajícím využívaným systémem pro sběr dat PowerLab. V laboratoři 1.LF UK byl měřen signál EKG, arteriální tlak a náklon lůžka pomocí dvouosého inklinometru. Pro vyhodnocení kvality byl vypočten pro každý signál koeficient determinace, který dosahoval hodnot pro měření EKG, arteriálního tlaku a náklonu lůžka hodnot od 0,74 do 0,98. Hlavním výsledkem této práce je funkční mobilní jednotka pro sběr dat disponující vlastním softwarovým systémem a robustní konstrukcí pomocí dostupných hardwarových komponent. Přínos této práce je především mobilita zkonstruované jednotky, kompaktnost a vlastní software pro ukládání dat.

The topic of the master's thesis is focused on the construction of a system for data collection in an experimental environment, which will have mainly compactness, robust control and mobility. The first part of the work is devoted to the analysis of the market, which lists the existing equipment for data collection by leading manufacturers and available components for the construction of a mobile unit. This overview shows the need to design a new system, which is mobile compared to existing systems and has its own software for data storage. No additional hardware or software accessories are required for separate data collection using the designed mobile unit. The second part deals with the implementation of hardware, which allows data collection from four analog inputs, has a suitable AD converter, internal battery and storage media. The basic element of the hardware design is a single-board computer Raspberry Pi, where the other components are fully compatible with this system. Robust control is ensured by means of a touch screen in combination with a developed web application. The third part of the diploma thesis deals with the development of a software solution using a web application that enables robust control and storage of data. The last part of the work is devoted to the evaluation of the quality of the record measured by the designed mobile unit. To verify the functionality and quality of the recorded data, measurements were first performed using a signal generator, which verified the functionality and accuracy of the designed mobile unit. The second part of the measurement was devoted to verifying the collection of biomedical data with the existing PowerLab data collection system used. The ECG signal, arterial pressure and bed tilt were measured in the laboratory of the 1st.Faculty of Medicine, Charles University using a biaxial inclinometer. To evaluate the quality, a coefficient of determination was calculated for each signal, which reached the values for measuring ECG, arterial pressure and bed tilt values from 0.74 to 0.98. The main result of this work is a functional mobile unit for data collection with its own software system and robust construction using available hardware components. The benefit of this work is mainly the mobility of the designed unit, compactness and its own software for data storage.