Hardwareentwicklung für die multiparametrische Detektion von Biosignalen

Abstract

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der hardwaretechnischen Realisierung zur multiparametrischen Aufnahme von Biosignalen.<br />Die Anwendung der konstruierten Schaltungen in Verbindung mit dem bereits bestehenden Sensor dient zur Klassifizierung von Schlafapnoen.<br />Die Aufgabe bestand auch darin, die notwendigen Schaltungen so zu gestalten, dass ein klein dimensioniertes, tragbares und benutzerfreundliches Gerät dem Probanden zur Verfügung gestellt werden kann.<br />Der Schaltungsaufbau wird zur Verarbeitung von Elektrokardiogramm (EKG), Elektrischer Feldplethysmographie (EFPG), Herztönen, Schnarchgeräusche und Signalen des Lage- und Krümmungssensors und deren Gesasmtaufbau besprochen und realisiert.<br />Alle notwendigen Schaltungen sind auf zwei Leiterplatten untergebracht.<br />Da EKG und EFPG mit denselben Elektroden abgegriffen werden, befinden sich die zur Verarbeitung beider Signale notwendigen Schaltungen auf einer Platine. Das detektierte Signal beinhaltet sowohl EKG als auch EFPG und wird am Eingang der Schaltung aufgesplittet, um die für das jeweilige Signal entsprechenende Verarbeitung zu ermöglichen.<br />Die Schaltungen für Mikrophon, Lage- und Krümmungssensor befinden sich alle auf der zweiten Platine. Da beide Sensoren bei unterschiedlichen Frequenzen betrieben werden, gibt es den Schaltungsblock in zweifacher Ausführung. Der simultane Test aller Schaltungen in Verbindung mit dem Detektor liefert ein zufriedenstellendes Ergebnis. Die erfassten Signale sind alle in ihrer Form gut erkennbar. Die für das EKG typischen Intervalle lassen sich genauso feststellen wie die kardiale und respiratorische Tätigkeit anhand des EFPG-Signals. Auch die Signale der Krümmung- und Lagesensoren erfüllen die Anforderung. Nur die Darstellung der Herztöne bedarf einer Nachbearbeitung.<br />

This Diploma Thesis presents the development of a particular hardware, which is used for multiparametric detection of biosignals. It will be used in combination with an already existing sensor to classify sleepapnea. The objective is to design the hardware for a portable and user-optimized device.<br />A precise description and realization of the design, appropriate to each biosignal, was made. Detectable biosignals are Electrocardiogram (ECG), Electric Field Plethysmography (EFPG), signals of sensors to establish the patient's position and skin curvature, heart-sounds and snoring-sounds.<br />The hardware was realized on two separate circuit boards. ECG and EFPG are detected by only two electrodes. Therefore both of them are processed on the same board. Since the detected signal contains ECG as well EFPG, it has to be separated first before each of them can processed according to their characteristics.<br />The other circuit board includes the hardware for skin curvature sensor, position sensor and microphone. Since both sensors work the same way, but at different frequencies, the hardware was designed twice.<br />The results, which are obtained during simultaneous testing of all circuits in combination with the detector, are satisfying. You are able to classify the typical ECG-intervals as well as cardiac and respiratory activities of the EFPG-signal. Signals of skin curvature und position sensor also fulfill their requirements. Only heart-sounds have to be postprocessed.