Nositeľné PPG multi-senzory pre meranie v prostredí slabého magnetického poľa NMR tomografu

Riešitelia: Jiří PŘIBIL, Tomáš Dermek

V rámci projektu VEGA bol zrealizovaný a prakticky otestovaný nový prototyp viac-kanálového nositeľného PPG senzoru s integrovanými kontaktnými termo-čipmi a tlakovým senzorom na báze rezistorov citlivých na silu (FSR), schopný merania v prostredí slabého magnetického poľa NMR tomografu. Ďalej bol vytvorený kalibračný prípravok na poloautomatické meranie charakteristík FSR snímačov sily na základe komparatívnych meraní s pomocou kalibračných závaží. Pre plánované použitie FSR snímačov v meracích experimentoch na ľudských subjektoch bola skúmaná len nižšia časť rozsahu sily (do 250 gramov). Pre každý meraný FSR snímač bola následne pomocou lineárnej regresie vykonaná linearizácia konverzných charakteristík. Hlavné meracie experimenty boli zamerané na analýzu vplyvu teploty a sily prítlaku meracej sondy umiestnenej na končekov prstov, na kvalitu a vlastnosti snímaných PPG signálov. Meranie bolo realizované s použitím rôznych úrovní sily prítlaku (CPF) pre mužov a žien separátne, kvôli principiálnym rozdielom vo fyziológii prstov. Získané výsledky potvrdili zmeny predovšetkým v amplitúde a miere zvlnenie snímaného PPG signálu v závislosti od intenzity aplikované prítlaku. Vyššia úroveň CPF následne prináša celkové zhoršenie kvality snímaných PPG signálov, čo sa prejavuje aj zvýšenou variabilitou srdcovej frekvencie. Naopak príliš malá aplikovaná CPF môže spôsobiť nedostatočnú úroveň snímaných PPG čo sa ďalej negatívne prejaví na úspešnosti/presnosti výpočtu srdcového rytmu. Ostatné parametre PPG signálov sa zdajú byť menej závislé od kontaktnej sily alebo sú ovplyvnené inými fyziologickými faktormi.

Projekty: VEGA 2/0004/23

Obr. 1.: Ukážka experimentu s PPG multi-senzorom vybaveným kontaktným termometrom a meračom sily prítlaku v laboratórnych podmienkach (a), foto vytvoreného kalibračného prípravku konverzných charakteristík FSR snímačov (b).

Publikácie:

  • PŘIBIL, Jiří – PŘIBILOVÁ, Anna – DERMEK, Tomáš. Wearable PPG optical sensor enabling contact pressure and skin temperature measurement. In Journal of Electrical Engineering, 2025, vol. 76, no. 2, p. 134-146. ISSN 1335-3632. (1.2 – IF2024) Q3
  • PŘIBIL, Jiří – PŘIBILOVÁ, Anna – FROLLO, Ivan. Wearable PPG sensors applicable for measurement in a weak magnetic field environment of an MRI device. In Advances in Signal Processing: Volume 3. Editor: S.Y. Yurish. – Barcelona, Spain: International Frequency Sensor Association Publishing (IFSA), 2025, p. 1-22. ISBN 978-84-09-69173-9
  • PŘIBIL, Jiří – PŘIBILOVÁ, Anna – DERMEK Tomáš. Measurement of resistance/force conversion characteristics of FSR elements for evaluation of contact skin pressure by PPG sensors. In Proceedings of the 15th International Conference on Measurement. – Bratislava : Institute of Measurement Science, SAS, 2025, p. 101-104. ISBN 978-80-69159-01-3.
  • PŘIBIL, Jiří – PŘIBILOVÁ, Anna – DERMEK, Tomáš. A Wearable PPG Multi-Sensor for Measurement of Skin Humidity, Temperature, and Contact Force, in Proceedings of the 12th International Electronic Conference on Sensors and Applications, 12–14 November 2025. Available online: https://sciforum.net/paper/view/26558