Lihasjännitystä ja ihon sähkönjohtavuutta mittaavan laitteiston kehittäminen kivun ja ahdistuksen arviointiin

No Thumbnail Available
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Ask about the availability of the thesis by sending email to the Aalto University Learning Centre oppimiskeskus@aalto.fi
Date
2015-12-14
Department
Major/Subject
Automaatio- ja systeemitekniikka
Mcode
AS3001
Degree programme
AUT - Automaatio- ja systeemitekniikka (TS2005)
Language
fi
Pages
98
Series
Abstract
Työssä kehitettiin langaton anturilaitteisto mittamaan koehenkilön otsan lihasten jännittymisen aiheuttamia sähköisiä signaaleja ja ihon sähkönjohtavuutta. Valmista laitteistoa on tarkoitus käyttää kommunikointikyvyttömien potilaiden kivun ja ahdistuksen arvioinnin tukena. Laitteiston avulla voidaan epäsuorasti arvioida koehenkilön autonomisen hermoston aktivaatiotilaa ja koettuun kipuun ja stressiin liittyvää lihasten jännittyneisyyttä. Työssä suunniteltiin ja rakennettiin kaksi prototyyppiä otsapannasta, joka te-kee ihon pinnalta mittauksia ja lähettää mittausdatan Bluetooth-yhteyden välityksellä tietokoneelle. Tietokoneelle kehitettiin ohjelma, joka kerää mittausdatan ja ha-vainnollistaa mittaustulokset piirtämällä niistä kuvaajia reaaliajassa. Työssä kehitetyillä laitteilla testattiin ihon sähkönjohtavuuden ja lihasten jän-nittyneisyyden aiheuttamien elektromyografia- eli EMG-signaalien mittausta ja arvioitiin työn alussa laitteelle asetettujen vaatimusten toteutumista. Laitteen viimeisin prototyyppi täytti kaikki työn alussa esitetyt vaatimukset ja laitteella saadaan mitattua ihon resistanssi välillä 0-2 MΩ ja EMG-signaalin tehollisarvo taajuusalueella 20–200 Hz, sen ylittäessä laitteen sisäänmenon 0,7 μV:n kohinatason. Suurin mitattava EMG-signaalin tehollisarvo on noin 20 μV. Laitteisto saatiin toimimaan suunnitellusti, mutta jatkokehitettävää jäi laitteen käytettävyyteen ja käyttömukavuuteen. Merkittävimmät haasteet ovat laitteen ja ihon välinen rajapinta ja elektrodien kytkeytyminen ja mittausten luotettavuus.

This thesis presents a development of hardware for measuring forehead electromyographic (EMG) signals and skin conductance. Developed hardware consists of a wireless sensor device and a computer program and it is aimed to be used as an aid for determining pain and anxiety of patients who are lacking communication abilities. Hardware can be used for indirect measurement of autonomic nerve system activity and muscle tension related to pain and stress. Two prototypes of headband were built. Both of them measure skin conductance and electromyographic signals by using surface electrodes. Measured values are transferred to computer by using Bluetooth-connection. Software was developed to computer for receiving data and presenting gathered measurement data by drawing graphs in a real-time. Developed devices were tested for measuring EMG and skin conductivity and fulfillment of design goals was evaluated based on testing. Final prototype fulfilled all the design goals and device could be used for measuring skin resistance from 0 to 2 MΩ and the effective value of EMG signal on 20-200 Hz bandwidth, exceeding 0,7 μV input noise of the amplifier circuit. Largest measurable effective value of EMG is 20 μV. Developed hardware works as designed but there are still place for improvement and need for further development when it comes to usability and the ease of use. Main challenges are device-to-skin interface, electrode connection to skin and reliability of measurements.
Description
Supervisor
Visala, Arto
Thesis advisor
Sepponen, Raimo
Keywords
elektromyografia, ihon sähkönjohtavuus, otsapanta, anturilaite
Other note
Citation