Elektriline impedants on takistus, mida materjal või kude avaldab seda läbivale vahelduvvoole. Alates19. sajandi lõpust on see omadus kujunenud oluliseks vahendiks nii tehniliste süsteemide kui ka bioloogiliste kudede iseloomustamisel. Meditsiinis on bioimpedantsi mõõtmine pälvinud erilist tähelepanu  mitteinvasiivse, ohutu ja madala maksumusega viisina elutähtsate füsioloogiliste protsesside jälgimiseks. Rakendusteks on keha koostise hindamine, vereringe, südamefunktsiooni ja hingamise jälgimine, aga isegi kopsude ja teiste organite kujutiste loomine. Hoolimata suurest potentsiaalist on enamik kommertslikke bioimpedantsi mõõteseadmeid kallid ja optimeeritud väga konkreetsete rakenduste jaoks. Teadlased ja arstid ei saa sageli riistvara muuta ega ligipääsu algsetele signaalidele, et katsetada uusi algoritme. Selline paindumatus piirab innovatsiooni ja raskendab bioimpedantsi meetodite kohandamist uuteks meditsiin vajadusteks.
Käesolev väitekiri lahendab neid piiranguid, arendades täielikult kohandatava, avatud ja kaasaskantava mõõteplatvormi. Loodi kolm järjestikust seadet, millest igaüks oli eelmisest võimekam. Esimene prototüüp näitas, et on võimalik saavutada väga täpseid impedantsimõõtmisi. Teine seade tõi kaasa turvalisemad ühendused, akutoitel töötamise ning võimaluse salvestada samaaegselt südame aktiivsust (elektrokardiograafia) ja verevoolu naha pinnalt (fotopletüsmograafia) koos impedantsiga. Nende signaalide kombineerimine võimaldab näiteks ilma mansetita vererõhu hinnangut ja täpsemat südame- ning hingamissündmuste tuvastamist. Kolmas, arenenuim seade lisas elektrilise impedantstomograafia toe, mis võimaldab luua kahemõõtmelisi biomeditsiinilisi kujutisi. Lisaks sisaldab seade juhtmevaba sidevõimalust, programmeeritavaid võimendusi suuremaks täpsuseks ning paindlikke mõõterežiime, muutes selle võimsaks tööriistaks nii teadus- kui ka meditsiinirakendustes.
Töö ei piirdu  riistvara arendusega, vaid toob sisse ka kaks olulist uuendust. Esimene on uus meetod mõõtmiseks vajalike elektriliste signaalide genereerimiseks. See  põhineb impulsslaiuse modulatsioonil, toodab puhta ja stabiilse signaali, säilitades samas lihtsa ja energiatõhusa disaini. Teine uuendus on madala energiatarbega elektroonika skeem, mis suudab automaatselt tuvastada olulisi punkte südame impedantssignaalis. Need punktid on olulised näiteks südame poolt iga löögiga pumbatud vere hulga hindamiseks. Nende tuvastamine otse riistvaras vähendab digitaalse töötluse vajadust ja säästab energiat, mis on eriti oluline kantavate seadmete puhul.
Arendatud seadmega suudeti edukalt luua kopsude impedantstomograafilisi kujutisi, näidates süsteemi potentsiaali pidevmonitooringuks. Uurimistulemused on avaldatud teadusartiklites ja patenditaotlustes, edendades mitteinvasiivse meditsiinitehnoloogia valdkonda.
Kokkuvõttes pakub see väitekiri terviklikku tööriistakomplekti alates riistvaraplatvormidest kuni signaalitöötlusmeetoditeni, viies edasi bioimpedantsi mõõtmise valdkonda. Portatiivne, madala maksumusega ja ümberseadistatav süsteem võimaldab uusi biomeditsiinilisi rakendusi, sealhulgas täiustatud südame jälgimist, dünaamilisi kopsupilte ja teisi tervisetehnoloogiaid.

Doktoritöö on avaldatud Tehnikaülikooli raamatukogu digikogus

Juhendajad: vanemteadur Olev Märtens ning vanemteadur Margus Metshein (TalTech)

Oponendid:

• Prof. Dr.-Ing. Olfa Kanoun (Chemnitzi Tehnikaülikool, Saksamaa)
• Prof., Dr.-Ing., Dr. rer. medic. Daniel Teichmann (Lõuna-Taani Ülikool, Taani)

Jälgi avalikku kaitsmist MS Teamsis

Meeting ID: 373 223 582 899 4 
Passcode: xm2x5LZ6