Chest-wall simulator

Abstract

Monitoring vital signs, especially respiration and heartbeat, helps prevent and detect conditions that can put the patient's well-being at risk. In the last few years, there has been a considerable evolution in wireless vital signs detection methods especially in radar technology based on the advances in antenna technologies and digital signal processing. One of the most promising methods to acquire the aforementioned vital signs is the Frequency-Modulated Continuous-Wave (FMCW) radars. However, in spite of the constant development, the results obtained by these type of radars are still affected by several factors such as the unattended person movements that can compromise the correct extraction of the vital signs such as the respiratory rate and the heart rate. This dissertation presents a system capable of emulating the chest-wall motion by using an linear actuator with a built-in step-motor. Experimental results using a plastic optical fiber sensor, capable of discriminate linear motions at a micro level, and a FMCW radar developed by Texas Instruments prove that the system is reliable and can act as substitute of a person.

A monitorização de sinais vitais, especialmente respiração e batimentos cardíacos, ajuda a prevenir e detectar condições que podem pôr em risco o bem-estar do paciente. Nos últimos anos, tem havido uma evolução considerável nos métodos de deteccão de sinais vitais sem fios, especialmente na tecnologia de radar, baseada nos avanços das tecnologias das antenas e no processamento digital de sinais. Um dos métodos mais promissores para a aquisição dos sinais vitais acima mencionados são os radares Frequency- Modulated Continuous-Wave (FMCW). Contudo, apesar do constante desenvolvimento, os resultados obtidos por este tipo de radares são ainda afectados por vários factores, tais como os movimentos de pessoas não assistidas que podem comprometer a correcta extracção dos sinais vitais, tais como a frequência respiratória e o ritmo cardíaco. Esta dissertação apresenta um sistema capaz de emular o movimento da parede do tórax, utilizando um actuador linear com um motor de passo incorporado. Resultados experimentais usando um sensor de fibra _Optica plástica, capaz de discriminar movimentos lineares com resolução na ordem dos micrómetros, e um radar FMCW desenvolvido pela Texas Instruments provam que o sistema é fiável e pode actuar como substituto de uma pessoa.