Fully ıntegrated wearable ultrasound system with tunable acoustic layers for continuous blood pressure monitoring
Ayarlanabilir akustik katmanlı, sürekli tansiyon izlemeye yönelik tam entegre giyilebilir ultrason sistemi
- Tez No: 983062
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ LEVENT BEKER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Biyomühendislik, Computer Engineering and Computer Science and Control, Electrical and Electronics Engineering, Bioengineering
- Anahtar Kelimeler: Biyomedikal mühendisliği, Biyomedikal teknoloji, Elektronik haberleşme, Kablosuz iletişim, Mikroelektronik aygıtlar, Sayısal işaret işleme, Ultrasonik dönüştürücü, Biomedical engineering, Biomedical technology, Electronic communication, Wireless communication, Microelectronic devices, Digital signal processing, Ultrasonic transducers
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mühendislik ve Doğa Bilimleri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Biyomedikal Bilimler ve Mühendislik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Giyilebilir ultrason cihazları fizyolojik izleme için önemli bir potansiyele sahip olsa da, mevcut cihazların çoğu, deneysel veya klinik ortamlar dışında kullanımlarını sınırlayan büyük tezgah üstü cihazlar gerektirmektedir. Bu tez, ayarlanabilir akustik katmanlara ve özel elektroniklere sahip optimize edilmiş bir ultrason dönüştürücüsü içeren minyatür, tamamen entegre bir giyilebilir ultrason sistemi (FIWUS) önermektedir. İlk özgün epoksi-polieteramin kompozit tasarım platformu olan bu tez, giyilebilir ultrason teknolojisi için akustik eşleştirme ve destek katmanlarının özelleştirilmesine yönelik bir kılavuz oluşturarak dönüştürücülerin elektriksel, akustik ve mekanik özellikleri üzerinde kontrol sağlamaktadır. Özel bir güç yönetim modülü, tamamen otonom çalışmayı desteklemek için kompakt bir Li-Po pilden birden fazla voltaj hattı üretmektedir. FIWUS ön uç modülü, giyilebilir ultrason dönüştürücüsünü programlanabilir ve T/R anahtarı entegre edilmiş yüksek voltajlı bir darbe vericiyle arayüzler. Aynı zamanda, elde edilen ultrason sinyallerini ön koşullandırır, sayısallaştırır ve gerçek zamanlı olarak ana bilgisayara kablosuz olarak iletir. FIWUS düşük güç tüketimi sağlayarak uzun süreli ve sürekli fizyolojik izlemeye olanak tanımaktadır. Hareket Modu (M-Modu) görüntüleme ve kan basıncı tahmini için geliştirilen sinyal işleme algoritmaları, in vivo doğrulama yoluyla arter duvarı titreşimlerini izleyebilir ve ölçebilir. Bu çalışma, akustik katman optimizasyonundan ultrason dönüştürücü simülasyonu ve üretimine, tamamen entegre elektronik donanım geliştirme ve fizyolojik sinyal işleme algoritması tasarımına kadar uzanan, yeni nesil giyilebilir ultrason teknolojisi için kapsamlı bir tasarım ve uygulama çerçevesi oluşturmaktadır. Önerilen FIWUS, harici donanım bağımlılığının sınırlamalarını aşarak ell ve operatör gerektirmeyen, otonom, kablosuz ve sürekli sağlık izleme uygulamalarına giden sağlam bir çözüm yolu sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
Wearable ultrasound devices hold significant potential for physiological monitoring, yet most existing devices require bulky benchtop instruments, which limit their use outside experimental or clinical settings. This thesis proposes a miniaturized, fully integrated wearable ultrasound system (FIWUS), including an optimized ultrasound transducer with tunable acoustic layers and custom electronics. As the first novel epoxy-polyetheramine composite design platform, this thesis establishes a guideline for tailoring the acoustic matching and backing layers for wearable ultrasound technology, enabling control over transducers' electrical, acoustic, and mechanical properties. A dedicated power management module generates multiple voltage rails from a compact Li-Po battery to support fully autonomous operation. The FIWUS frontend module interfaces the wearable ultrasound transducer with a programmable and T/R switch-integrated high-voltage pulser. At the same time, pre-conditions, digitize, and wirelessly transmit the acquired ultrasound signals to the host computer in real-time. FIWUS achieves low power consumption, enabling long-term and continuous physiological monitoring. The developed signal processing algorithms for Motion Mode (M-Mode) imaging and blood pressure estimation can track and quantify the arterial wall pulsations through in vivo validation. This work establishes a comprehensive design and implementation framework for the next generation wearable ultrasound technology, spanning from the acoustic layer optimization, and ultrasound transducer simulation and fabrication to fully integrated electronics hardware development and physiological signal processing algorithm design. The proposed FIWUS provides a robust pathway toward hands- and operator-free, autonomous, wireless, and continuous health monitoring applications by overcoming the limitations of external hardware dependence.
Benzer Tezler
- Miniaturized ultrasonic transducers for wearable and implantable applications
Giyilebilir ve implante edilebilir uygulamalar için minyatürleştirilmiş ultrasonik transdüserler
ALP TİMUÇİN TOYMUŞ
Doktora
İngilizce
2025
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ LEVENT BEKER
- Wearable obstacle detection system fully integrated to textile structures for visually impaired people
Görme engelliler için tekstil yapılarına tam entegre edilmiş giyilebilir engel algılama sistemi
SENEM KURŞUN BAHADIR
Doktora
İngilizce
2011
Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA KALAOĞLU
PROF. DR. VLADAN KONCAR
- The design and the implementation of a wearable medical ultrasonic transceiver for bladder volume monitoring
Mesane hacmi takibi için giyilebilir tıbbi ultrasonik alıcı-vericinin tasarımı ve uygulanması
ÖZGÜR DENİZ TEMEL
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. LEVENT BEKER
- Wireless wearable reader platform for continuous healthcare monitoring with power harvesting
Sürekli sağlık takibi için güç hasadı destekli kablosuz giyilebilir okuyucu platformu
FARIBORZ MIRLOU
Doktora
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKoç ÜniversitesiBiyomedikal Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ LEVENT BEKER
- Investigation of wearable motion capture system towards biomechanical modelling
Biyomekanik modellemeye yönelik giyilebilir hareket yakalama sisteminin araştırılması
HAKKI KÖSE
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Biyomühendislikİzmir Katip Çelebi ÜniversitesiBiyomedikal Teknolojiler Ana Bilim Dalı
DR. ŞENAY MİHÇİN