Bachelor's Thesis

Effect of acquisition site compression in multisite photoplethysmography

Final Thesis 2.83 MB Appendix 7.75 MB

Author of thesis: Bc. Lucie Hofrová

Acad. year: 2022/2023

Supervisor: Ing. Oto Janoušek, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. Radim Kolář, Ph.D.

Abstract:

The theoretical part of the thesis describes the pulse wave's origin, the principle of photoplethysmography, and the influence of vein compression on the morphology of the photoplethysmograph caused by external pressure during PPG signal measurement. Furthermore, the thesis contains the measurement and analysis of the PPG bilateral signal, which is used for the evaluation of whether there are differences between the PPG signal measured on the left or the right side of the human body. A dataset consisting of 10 volunteers was created for evaluation. The practical part contains the algorithm which analysis the PPG signal. Furthermore, normalization and statistical analysis is performed. The results show that external pressure has an effect on pulse wave width analysis and heart rate. When the pressure is high, the ability of pulse wave analysis is impaired.

Keywords:

Photoplethysmography, Pulse wave, PPG signal, External pressure, Bilateral measurement, Arduino, Pressure sensor.

Date of defence

31.08.2023

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaDznamka

Grading

D

Process of defence

Studentka prezentovala výsledky své práce a komise byla seznámena s posudky. Doc. Kolář položil otázku jaký je účel kalibrace tlakového senzoru? Ing. Sekora položil otázku jaká byla funkce arduina? Proč nebyl použit Biopac? Dr. Jurajda položil otázku v jakých jednotkách je měřen přítlak? Jaký je rozdíl mezi přítlakem a tlakem? Doc. Kolář položil otázku, čím je způsobena rozdílná tepová frekvence na levé a pravé ruce? Studentka obhájila bakalářskou práci s výhradami a odpověděla na otázky členů komise a oponenta.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Biomedical Technology and Bioinformatics (BPC-BTB)

Composition of Committee

doc. Ing. Radim Kolář, Ph.D. (předseda)
Ing. Martin Mézl, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Jiří Sekora, MBA (člen)
MUDr. Michal Jurajda, Ph.D. (člen)
Ing. Martin Králík (člen)

Supervisor’s report
Ing. Oto Janoušek, Ph.D.

Cílem bakalářské práce bylo studovat vliv externího přítlaku na morfologii PPG signálu a porovnat PPG signál mezi pravou a levou stranou těla. Autorka se seznámila s relevantními studiemi a metodikou měření, kterou správně převzala. Nicméně, v rámci rešerše není jasné, proč je místo bezrozměrné veličiny vyjadřující PPG použito napětí dosahujících záporných hodnot (obr. 3.1) a co vyjadřují modré tečky v krabicových grafech (obr. 3.2). V práci byly správně stanoveny parametry pro hodnocení PPG křivek a byly navrženy algoritmy pro jejich výpočet. Autorka vytvořila měřením skupiny dobrovolníků testovací dataset a provedla statistickou analýzu zaznamenaných dat. Nicméně v teoretické části studentka pracuje s normalizovanou variantou tvaru PPG, ale v praxi jsou hodnocené parametry vypočítány bez normalizace vzhledem k nativní tepové frekvenci participanta, což může u parametrů závislých na tepové frekvenci způsobit, že interindividuální variabilita překryje variabilitu způsobenou změnami experimentálních podmínek. Normalizace vzhledem k výšce signálu je v práci použitá vhodně a je kompromisem mezi potřebou standardizovat data a nutností ponechat v signálech vliv přítlaku. Bylo by však vhodnější normalizovat až filtrovaný signál, nikoliv jeho nefiltrovanou podobu, aby normalizace nebyla ovlivněna šumovými výstřelky. Dále byly v práci provedeny rozdílové analýzy mezi parametry vypočtenými pro pravou a levou stranu těla. Autorka srozumitelně interpretovala výsledky a na jejich základě stanovila optimální snímací místo a stupeň komprese. Zadání práce je tak zcela splněno. Formální stránka práce však trpí nedostatky, jako jsou občasné nedokončené poznámky a zalomené věty. Práci by prospělo, kdyby autorka věnovala více pozornosti typografické úpravě textu a provedla dodatečnou kontrolu před odevzdáním práce. Studentka přistoupila k vypracování práce samostatně a velmi aktivně, což dokazuje návrh a implementace vlastního hardwarové řešení pro nastavení konstantního přítlaku prstu k snímači, provedené nad rámec zadání. Celkové hodnocení je proto kompromisem mezi množstvím dobře odvedené práce a jeho odbytou dokumentací. Points proposed by supervisor: 75

Grade proposed by supervisor: C

Reviewer’s report
doc. Ing. Radim Kolář, Ph.D.

Bakalářská práce Lucie Hofrové se zabývá tématem fotopletysmografie. Práce obsahuje stručný úvod do této problematiky, nicméně bych očekával detailnější rešerši z hlediska vlivu komprese na snímacího místo (v textu se zřejmě objevují pouze dvě práce na toto téma, [15,16]). Studentka v praktické části provedla řadu měření, implementovala algoritmus pro zpracování a extrakci parametrů, které dále statisticky zpracovala. Zde nemám výraznější výtky. Jen sumarizace výsledků není místy příliš přehledná (vhodnější by bylo např. grafické zobrazení). Z pohledu řešení bych však očekával některé podrobnější informace a diskuzi výsledků. Například není jasné, proč byl pro filtraci zvolen Čebyševův filtr 4. řádu (a chybí jeho frekvenční charakteristika); dále chybí vyhodnocení úspěšnosti detekce (například maxim u PPG signálu); nejsou vůbec diskutovány výrazné rozdíly v odhadu tepové frekvence pro pravou a levou stranu (str. 46-47); není jasné, proč je jednotka parametru Sklon v procentech.
K práci mám několik poznámek z pohledu terminologie: mám výhradu ke tvrzení, že fotopletysmografie je pulsní oxymetrie; studentka, buď z neznalosti, či nepozornosti, používá nesprávně některé pojmy - např. absorbance/absorpce, v práci se dále vyskytuje spojení “amplituda stejnosměrného proudu“ či pojem „nejoptimálnější“.
Z formálního pohledu je práce spíše podprůměrná. Vybírám některé nedostatky: u obr. 3.1 až 3.3 chybí odkaz/citace, na str. 19 je modře podbarvený text, v kapitole  4.3. jsou výrazné problémy s formátováním, na str. 25 je neexistující odkaz, v grafu 6.1 nejsou uvedeny jednotky a řada dalších. Práce tak působí značně odbytým dojmem a zbytečně tak snižuje hodnocení práce. Na druhé straně je potřeba ocenit poměrně velký rozsah práce, který studentka realizovala (návrh pomocných obvodů, realizace měření, zpracování a analýza naměřených dat). Topics for thesis defence:
  1. Jaký je účel kalibrace tlakového senzoru?
Points proposed by reviewer: 65

Grade proposed by reviewer: D

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová