Serbest Dolaşan Kişilerde Duruş Pozisyonu ve Kan Saturasyonu İzleme Sistemi

Abstract

Bu tez çalışmasında, kullanıcının temel yaşamsal parametrelerinin uzaktan takibi için, kişinin günlük hareketlerini kısıtlamayan ve kablo karmaşası oluşturmayan bir sistem tasarımı yapılmıştır. Tasarımı yapılan sistem; kullanıcının duruş pozisyonu ve SpO2 (kandaki oksijen saturasyonu) bilgilerini gerçek zamanlı olarak takip etme imkânı tanımaktadır. Bu tez çalışmasında tasarlanan ve geliştirilen kablosuz kan saturasyonu ölçüm sistemi ve duruş pozisyonu belirleme sistemi; 2016 yılında İstanbul Kalkınma Ajansı tarafından desteklenen, 2016/TR10/YNY/0136 numaralı Tele-Sağlık İstanbul projesinde geliştirilen sistem ile bir araya getirilerek yeniden dizayn edilmiştir. Böylelikle beş farklı fizyolojik parametre (EKG (elektrokardiyografi), nabız, kan saturasyonu değeri, duruş pozisyonu bilgisi, konum) ölçümü yapabilen fonksiyonel bir çalışma gerçekleştirilmiştir. Temelde iki bölümden oluşan bu sistemin ilk bölümünde; kişinin duruş pozisyon bilgilerini (ayakta duruyor, oturuyor, sırt üstü yatıyor, yüzüstü yatıyor, sol tarafa doğru yatıyor, sağ tarafa doğru yatıyor) alabilmek için üç eksenli ivmeölçer sensörü kullanılmıştır. Üç eksende alınan ivmeölçer verilerinden kullanıcının duruş pozisyonu çıkarımı yapılmıştır. Ölçüm verilerinin bir cep telefonuna kablosuz iletebilmesi için BLE (düşük enerjili Bluetooth) modülü içeren mikroişlemci kullanılarak elektronik bir devre tasarlanmıştır. Sistemin ikinci bölümünde ise; literatürdeki çalışmalardan ve ticari ürünlerden farklı olarak, kulak memesine yerleştirilen ve kullanıcıların günlük yaşantılarını kısıtlamayan bir kan saturasyonu ölçüm cihazı tasarlanmıştır. Bu sistem hem ölçüm hem de veri aktarımı sırasında kablosuz olup gerçek zamanlı veri aktarımı yapabilmektedir. Sonuç olarak; kullanıcıyı rahatsız etmeyen, küçük boyutlu, hafif, besleme ünitesi ve kablosuz haberleşme modülü kendi üzerinde bulunan mikroişlemcili bir SpO2 devresi tasarlanmıştır. Ölçülen kan saturasyonu verileri ve ivme ölçerden elde edilen kullanıcının duruş pozisyonu verileri önceki projede geliştirilen haberleşme sistemine entegre edilmiştir. BLE teknolojisiyle cep telefonu arayüzünde raporlanan bu veriler sayesinde kullanıcının EKG, nabız ve konum bilgilerine ek olarak anlık kan saturasyonu bilgisi ile duruş pozisyonu bilgileri de takip edilebilmektedir. Bu yeni vital parametreler sayesinde; kişinin kanının oksijenlenmesi miktarına bağlı olarak doğru nefes alıp alamadığı ve duruş pozisyonu bilgisine bağlı olarak da bulunduğu yerde normalden uzun süre uzanır pozisyonda kalıp kalmadığı tespit edilir. Eğer kullanıcı uzanır pozisyonda normal olması gereken uyuma sürelerinden fazla kalıyorsa düşmüş olabileceği ve kanın oksijenlenmesinin azalması durumunda da nefes alışında güçlük meydana gelmiş olabileceğinden yardıma ihtiyacı olabileceği değerlendirilerek alarm üretilmektedir. Sonuç olarak daha önceki projede geliştirilen Tele-EKG sisteminde ölçülen EKG, nabız ve konum bilgilerine ek olarak bu tez çalışmasında kablosuz SpO2 ölçülüp duruş pozisyonu belirlenerek kullanıcının yaşam kalitesinin artırılması ve sistemin daha güvenilir hale getirilmesi hedeflenmiştir.

In this thesis study, a system that does not restrict the daily activities of the person and does not cause discomfort of cable, has been designed for remotely monitoring of the basic vital parameters of the user. This system allows users to follow their posture and SpO2 (oxygen saturation in the blood) information in real time. Wireless blood saturation measurement and standing position detection system have been combined with the system developed in the Tele-Sağlık Istanbul project numbered 2016/TR10/YNY /0136, supported by the Istanbul Development Agency in 2016 that was redesinged during the course of the thesis. Thus, a functional system has been developed which can measure five different physiological parameters: Electrocardiography (ECG), pulse, blood saturation value, posture information and position. Wireless blood saturation measurement and standing position detection system composed of two different parts. In the first part of the system, the three-axis accelerometer sensor was used to obtain the posture information including standing, sitting, lying backwards, lying forward, lying on the left side and lying on the right side of the person. Posture of the user was derived from the three-axes accelerometer data. In addition, a microprocessor-based electronic circuit has been designed with an integrated low power Bluetooth (BLE) module to wirelessly transmit measurement data to the mobile phone. In the second part of the system, unlike the studies in the literature and commercial products on the market, a blood saturation measuring device was designed which can be placed in the earlobe and does not restrict the daily activities of users. The system handles real-time data transfer for both measurements. As a result, a small size and light weight user-friendly system has been designed with a stand-alone power unit and wireless communication module. As a last step of this thesis, considerable effort has been made to integrate the data obtained from the accelerometer including blood saturation and posture of the user, into the communication system developed in the Tele-Sağlık Istanbul project mentioned previously. In addition to the ECG, heart rate and position information supplied by the Tele-Sağlık system, instantaneous blood saturation level and posture of user can also be followed with the contribution of the mobile phone interface of the BLE technology. The oxygen saturation measurement allows continuous monitoring of the breathing pattern. Similarly, depending on the information of the posture position, it can be determined that whether the user stays in lying position longer than normal or not. A warning signal is generated if the time in lying position is longer than the normal sleeping time, the subject falls and/or sudden drop in the blood oxygenation. The developed system within the thesis work extends the capabilities the Tele-ECG system of the monitoring system with the addition of blood saturation level and posture. Eventually, the overall system becomes a stand-alone monitoring instrument that follows critical physiological and physical parameters from free ranging persons. The device can be used in numerous applications from locomotion studies to geriatric people living alone.