Time domain analysis in vector network analyzers (VNAs) is a method to represent the frequency response, stated by the S-parameters, in time domain with apparent high resolution. Among other utilities time domain option from Agilent allows to measure microwave devices into a specific frequency range and down till DC as well with the two time domain mode: band-pass and low-pass mode. A special feature named gating is of important as it allows representing a portion of the time domain representation in frequency domain.   This thesis studies the time domain option 010 from Agilent; its uncertainties and sensitivity. The task is to find the best method to measure the antenna element matching taking care to reduce the influence of measurement errors on the results.   The Agilent 8753ES is the instrument used in the thesis. A specific matching problem in the antenna electric down-tilt (AEDT) previously designed by Powerwave Technologies is the task to be solved. This is because it can not be measured directly with 2-port VNAs. It requires adapters, extra coaxial cables and N-connectors, all of which influences the accuracy. The AEDT connects to the array antenna through cable-board-connectors (CBCs). The AEDT and the CBCs were designed before being put into the antenna-system. Their S-parameters do not coincide with the ones measured after these devices were put in the antenna block.   Time domain gating and de-embedding algorithms are two methods proposed in this thesis to measure the S-parameters of the desired antenna element while reducing the influence of measurement errors due to cables CBCs and other connectors. The aim is to find a method which causes less error and gives high confidence measurements.   For the time domain analysis, reverse engineering of the time domain option used in the Agilent VNA 8753ES is implemented in a PC for full control of the process. The results using time-domain are not sufficiently reliable to be used due to the multiple approximations done in the design. The methodology that Agilent uses to compensate the gating effects is not reliable when the gate is not centered on the analyzed response. Big errors are considered due to truncation and masking effects in the frequency response.   The de-embedding method using LRL is implemented in the AEDT measurements, taking away the influences of the CBCs, coaxial cables and N-connector. It is found to have sufficient performance, comparable to the mathematical model. Error analysis of both methods has been done to explaine the different in measurements and design.

Musculoskeletal disorders, specifically low back pain, has been well documented andreported by astronauts throughout the space exploration era. Statistics from astronautmemoirs states that 52-68% of astronauts experience moderate to severe lower backpain after prolonged spaceflights. The main cause is atrophy in the paraspinal musclesof the lumbar region. No sufficient countermeasure exists in-flight currently and therehabilitation programs remain ineffective. This thesis presents the first attempt to designand develop a prototype robotic exoskeleton, actuated by pneumatic artificial muscles, asan active countermeasure in-flight where it will be utilised as an equipment for muscularhypertrophy and a supporting device for rehabilitation programs on Earth. It will bemanufactured by additive manufacturing methods for adaptability while remaining lowin weight.A thorough analysis of the spine and lumbar region as a biomechanical system wasmade. Appropriate assumptions was made to simplify the understanding of the complexsystem that is the human spine. The targeted muscles were: multifidus, erector spinaeiliocostalis and erector spinae longissimus. A force analysis of the human torso bendingin the sagittal plane was made, finding that the torques of the torso reaches 244 Nm.The complete exoskeleton design is presented with the parts that will be 3D-printed andthe working principle of the system. Thereafter an extensive model of the exoskeletonis established using Denavit-Hartenberg representation of manipulators as a serial linksystem. The model provides a fundamental understanding of exoskeleton and enablesthe possibility to simulate it accurately. The evaluation protocol for the validation testsis then presented. Active pressure will be tested at 0, 3 and 6 bar and loads of 5 and 11kg will be lifted.Subsequently the assembly, with all the hardware and software selected for the prototypeis demonstrated. Thereafter the results of the evaluation tests are presented followed bya discussion of the results; anomalies, faults and challenges are subjects discussed. Thediscussion concludes that the exoskeleton shows potential for both supporting the motionin a rehabilitation use and enabling muscular hypertrophy in the lumbar region for theresistive tests. Although an extensive heavy-duty evaluation needs to be performed totruly validate the exoskeleton.

This work is the result of evaluating a novel strategy for the purification of recombinant His-tagged proteins. Proteins purified in this study were the E. coli translational proteins IF-3, RF-1, and RFF. The study aimed to analyse the potential of using Bio-Works WorkBeads™40 TREN, a multimodal anion ion exchange chromatography resin, as a pretreatment step upstream an immobilized metal ion chromatography (IMAC) resin to enhance performance efficiency of His-tagged protein purification. The method demonstrated here shows potential for anyone seeking to increase the purity of His-tagged protein purification or to introduce an effective purification procedure by replacing a polishing step downstream IMAC with WorkBeads 40 TREN upstream IMAC. The latter contributing to guard the IMAC column from heavy bioburden. This study showed that running WorkBeads 40 TREN prior IMAC captures impurities and removes 97-98 % more dsDNA compared to direct IMAC. WorkBeads 40 TREN is therefore highly advantageous to include early in a purification process to remove protein binding DNA fragments. Moreover, WorkBeads 40 TREN increases purity in the final product by capturing more host cell proteins than when running direct IMAC. This concept is general and WorkBeads 40 TREN could be used upstream a variety of resins such as Protein A and RPC.

In this thesis the primary focus is on the evaluation of biomedical microwave sensor to be used in the muscle analyzer system. Lower muscle quality is one indicator that a patient can have sarcopenia. Therefore the muscle analyzer system can be a tool used in screening for sarcopenia. Sarcopenia is a progressive skeletal muscle disorder that typically affects elderly people. It is characterized by several different things, one of them is that there is an infiltration of fat into the muscle. At microwave frequencies the dielectric properties of fat are vastly different than the muscles. So, this fat infiltration creates a dielectric contrast compared to muscle without this fat infiltration that the sensors aim to detect. The muscle analyzer system is proposed to be a portable device that can be employed in clinics to assess muscle quality. The sensors are evaluated on their ability to distinguish between normal muscle tissue and muscle of lower quality. This is achieved via electromagnetic simulations, clinical trials, where the system is compared against established techniques, and phantom experiments, where artificial tissue emulating materials is used in a laboratory setting to mimick the properties of human tissues. In a initial clinical pilot study the split ring resonator sensor was used, but the results raised concerns over the penetration depth of the sensor. Therefore, three new alternative sensors were designed and evaluated via simulations. Two of the new sensors showed encouraging results, one of which has been fabricated. This sensor was used in a another clinical study.This study only had data from 4 patients, 8 measurements in total, meaning it was hard to draw any conclusions from it. The sensors used in the clinical setting as well as another were evaluated in the phantom experiments. Those experiments were exploratory because a wider frequency range was used, although some problems in the experiments were found. A secondary approach in this thesis is devoted to a data-driven approach, where a microwave sensor is simulated. The data from it is simulated and used to train a neural network to predict the dielectric properties of materials. The network predicts these properties with relatively high accuracy. However, this approach is currently limited to simulations only. Several ideas on how to improve this approach and extend it to measurements is given.

Genom åren har det funnits en marknad för att förhindra samt öka chanserna att bli gravid. Individer har vänt sig till appar för hjälp, där syftet har varit att öka individenskunskap om när fertilitetfönstret sker under cyklens gång. Fertilitetfönstret kan upptäckas genom olika metoder. Under studiens gång las fokus på att bygga uppförståelse för basal kroppstemperatur. Därefter vidareutvecklades en smart tandborste integrerat med en temperature sensor, med syftet att kunna identifiera korrelation mellan basal kroppstemperatur och ägglossning. Syftet var att undersöka om en smart tandborste integrerat med en temperatur sensor, kunde identifiera potential ägglossning. Identifiering kunde skapas genom finna den potentiella sambandet mellan basal kroppstemperatur och ägglossning. Produktenskapades genom användning av maskininlärningsteknik. Det uppsatta syftet svaradepå forskningsfrågorna; kan maskininlärningstekniker stödja förutsägelse av ägglossning från basal kroppstemperatur (förkortning Eng: BBT) med en smart tandborste och hur ska en temperatursensor integreras i en elektrisk tandborste? Fördjupningsarbetet delades in i tre delar, undersökning av basal kroppstemperatur, data analys och produktdesign. En litteraturstudie utfördes av alla delar där undersökning om vilka likheter kroppstemperatur har mot basal kroppstemperatur, hur data analys kan användas till att upptäcka ägglossning med basal kroppstemperatur, och hur en produkt kan bäst designas för målen i arbetet. Före påbörjandet av examensarbete, samlades 11 individers basal kroppstemperatur in. Den valda metoden för att vidare analysera den givna data kallas för k-means clustering. Underdataanalysen ändrades antalet grupperingar för att finna grupper där potentiell ägglossning kunde ha uppstått. Validering av dessa potentiella grupper gjordes med data hämtat från hemsidan my monthly cycle. För produktutveckling användes flera olika tekniker, för att vägleda samt analysera produkten från olika perspektiv. Genom noggrann mätning av kroppstemperatur kunde den basala kroppstemperaturen uppskattas, med en okänd noggrannhet. Kluster av den för-insamlade dataformades och visade att vissa grupper kunde tolkas ha potential till ägglossning. Dessa potentiella grupper kunde valideras till att ha majoriteten av ägglossningsdata tilldelat till dem när färre grupperingar gjordes. En optimal prototyp skapades med hänsyn på hållbarhet, och bekvämlighet, både för bruk och minskning av sysslor. Sammanfattningsvis visade användning av klusteranalys ha en potentiell möjlighetför att kunna detektera ägglossning hos kroppstemperatur data som samlas in med en smart tandborste. För framtida forskning bör en tandborstdesign först skapas för att samla in basal kroppstemperatur data, där följaktligen blir att använda den insamlade datan till data analysen

When performing sepsis diagnosis, the most important preanalytical variable is blood volume. Too little blood increases the risk for false negatives whereas overfilling causes increased risk for false positives. Even though this fact is known, there are case studies showing that in a majority of tests, the taken blood sample volume is not the recommended amount. As previously tried methods have been limited in their ability to tackle the problem this study aimed at creating a technical device to aid healthcare providers with blood volume sample collection. As a base, the double diamond approach by the Design Council was used. This design approach splits up the design process in four distinctly different phases (discover, define, develop, and deliver) all using their own methods to aid the creative process. After completing the discover and define phase it was determined that a non-contact capacitance liquid level sensor could operate as an ideal blood volume sample device. During the development and delivery phase prototypes were created and evaluated. The final results of this work could not give conclusive evidence concerning if a non-contact liquid level sensor could operate as an ideal blood volume collection device. The methodological approach used in this thesis can be used as inspiration for a designer to create a device for a similar or different purpose. Moreover, information from this thesis can also work as reference material to develop a device to perform ideal blood volume sample collection. Such a device would have the potential to be an essential part of the everyday workflow in sample collection from patients with sepsis worldwide and would aid in ensures effective and fast diagnostics.

Målet med projektet var att undersöka ifall Siemens ARTIS Pheno hade fördelar jämfört med likvärdig utrustning såsom G-båge och C-arm och undersöka om ARTIS Pheno kan tillämpas inom andra områden än enbart rygg-, bäcken-och neurokirurgi. Resultatet ifrån rapporten visar att ARTIS Pheno kan med fördel användas inom andra områden, såsom traumaortopedi. Metoden för projektet var litteraturstudier, en intervju och undersökningar kring ARTIS Pheno, G-båge och C-arm. Litteraturstudiernas innehåll samt resultat sammanställdes i tabeller. På grund av bristen på artiklar kring ARTIS Pheno vidgades sökningarna till artiklar med liknande utrustning. En jämförelse mellan ARTIS Pheno, G-båge och C-arm gjordes för att se vilka för-och nackdelar ARTIS Pheno hade gentemot de andra och en praktisk mätning av ARTIS Pheno utfördes på Karolinska Universitets Sjukhuset Huddinge. Resultatet visade att majoriteten av artiklarna, 70%, talade för att användandet av en mer avancerad röntgenutrustning, ARTISPheno, inom traumaortopedi. Jämförelsen mellan ARTIS Pheno, G-båge och C-arm visade att ARTIS Pheno är dyrare men har mer fördelar och är bättre rustad än både G-bågen och C-armen. Mätningarna med ARTIS Pheno visar tydligt att det blir en bättre och tydligare bild på frakturen som kommer att hjälpa kirurgen i att utföra ett korrektare och säkrare ingrepp. Slutsatsen är att användandet av ARTIS Pheno vid traumaortopedi, kommer att hjälpa kirurgen att utföra ett mer korrekt och säkrare ingrepp vid komplexa frakturer. Vid Karolinska Universitetssjukhuset Huddinge skulle en installation och nyttjandet av ARTIS Pheno vid traumaortopedi medföra fördelar dock, vid en mindre vårdinrättning skulle det inte vara ekonomiskt hållbart. / The aim of the project was to investigate whether ARTIS Pheno had benefits compared with equivalent equipment such as the G-arch and C-arm and to investigate whether ARTIS Pheno can be applied in other fields of surgery than spinal-, pelvic-and neurosurgery. The results of the report showed that ARTIS Pheno can be used in other areas, such as trauma orthopedics. The method for the project was literaturestudies, an interview and to review ARTIS Pheno, G-arch and C-arm. The content and the results from the literature studies were compiledin charts. Due to the lack of articles regarding ARTIS Pheno the search was enlarged to articles with comparable devices. A comparison between ARTIS Pheno, G-arch and C-arm was created to see the pros and cons of ARTIS  Pheno compared to the other equipment. A practical measurement of ARTIS Pheno was performed at Karolinska University Hospital Huddinge. The results of the articles showed that the majority, 70%, favored a more advanced X-ray equipment, ARTIS Pheno, in trauma orthopedics. The comparison between ARTIS Pheno, G-arch and C-arm showed that ARTIS Pheno is more expensive but has more advantages and is better equipped for complex fractures, compared to both the G-arch and the C-arm. Measurements with ARTIS Pheno clearly show that there will be a better and clearer picture of fractures which will help the surgeon to carry out a more correct and safe operation. The conclusion is that using ARTIS Pheno in trauma orthopedics, will help the surgeon to perform a more accurate and safe procedure in complex fractures. To install and use ARTIS Pheno within trauma orthopedics at Karolinska University Hospital, would induce benefits, however, it would not be economically sustainable in smaller healthcare facilities.

Head injuries caused by impacts are among the most critical and dangerous types of accidents that can occur while practising sports. Alpine skiing is one of the activities with the highest incidence of head injuries. Over the years, specific regulations have been introduced to protect athletes where possible, but the perception is that the level of protection needed to manage the forces to which they are exposed has yet to be achieved. This thesis project aims to examine video sequences of accidents in alpine ski competitions (Giant Slalom, Super-G, Downhill, Ski Cross) to better understand the translational violence exerted on the head during impacts. After an in-depth analysis, it was shown that, in at least 41% of the videos investigated, the translational impact speeds exceeded the standards adopted in helmet certifications by 44.3% and 52.2%, respectively. Besides, in 60% of these accidents, the blow was located on the upper semicircle of the helmet, which is believed to be due to the ever-increasing use of airbags for the torso. / Huvudskador orsakade av slag är bland den alvarligaste typen av olyckor som kan inträffa vid utövande av idrott. Alpin skidåkning är en av de sporter med den högsta förekomsten av skador på huvudet. Under årens lopp har särskilda regler införts för att skydda atleterna där så är möjligt, men uppfattningen är att den skyddsnivå som krävs för att hantera de krafter åkarna utsätts för ännu inte har uppnåtts. Detta examensarbete syftar göra videoanalys på olyckor vid alpina skidtävlingar (Storslalom, Super-G, Störtlopp, Ski Cross) för att bättre förstå translationsvåldet mot huvudet vid olyckor. Efter en djupgående analys visades att i minst 41% av de undersökta fallen översteg translationshastigheten de hastigheter som används vid hjälmcertifieringar med 44.3% respektive 52.2%. För 60% av olyckorna skedde slaget högt upp på bakre delen av hjälmen, något som tros bero på den ökande användningen av krockkuddar för torso.

Patients treated at intensive care units (ICUs) are failing in one or several organs and requireappropriate monitoring and treatment in order to maintain a meaningful life. Today clinicians inintensive care units (ICUs) manage a large amount of data generated from monitoring devices.The monitoring parameters can either be noted down manually on a monitoring sheet or, for some parameters, transferred automatically to storage. In both cases the information is stored withthe aim to support clinicians throughout the intensive care and be easily accessible. Patient datamanagement systems (PDMSs) facilitate ICUs to retrieve and integrate data. Before managinga new configuration of patient data system, it is required that the ICU makes careful analysis ofwhat data desired to be registered. This pilot study provides knowledge of how the monitoringis performed in an Intensive Care Unit in an emergency hospital in Stockholm.The aim of this thesis project was to collect data about what the clinicians require and whatequipment they use today for monitoring. Requirement elicitation is a technique to collectrequirements. Methods used to collect data were active observations and qualitative interviews.Patterns have been found about what the assistant nurses, nurses and physicians’ require of systems supporting the clinician’s with monitoring parameters. Assistant nurses would like tobe released from tasks of taking notes manually. They also question the need for atomized datacollection since they are present observing the patient bed-side. Nurses describe a demanding burden of care and no more activities increasing that burden of care is required. Physicians require support in order to see how an intervention leads to a certain result for individual patients.The results also show that there is information about decision support but no easy way to applythem, better than the ones used today. Clinicians state that there is a need to be able to evaluatethe clinical work with the help of monitoring parameters. The results provide knowledge about which areas the clinicians needs are not supported enough by the exciting tools.To conclude results show that depending on what profession and experience the clinicians have the demands on monitoring support di↵ers. Monitoring at the ICU is performed while observing individual patients, parameters from medical devices, results from medical tests and physical examinations. Information from all these sources is considered by the clinicians and is desired to be supported accordingly before clinicians commit to action resulting in certain treatment,diagnosis and/or care. / Patienter som vårdas på intensivvårdsavdelningar har svikt i ett eller flera organ. Övervakning sker av patienterna för att kunna bidra till den vård som behövs för att upprätthålla ett meningsfullt liv. Idag hanterar sjukvårdpersonal en stor mängd data som genereras från övervakningsutrustning och system förknippade med övervakningsutrustning. Övervakningsparameterar kan antecknas förhand på ett övervakningspapper eller direkt sparas i digitalt format. Parameterarna sparas med syfte att vara ett lättillgängligt underlag under hela intensivvårdsprocessen. Patient data management systems (PDMSs) förenklar hämtning och integrering av data på exempelvis intensivvårdsavdelningar. Innan en ny konfiguration av ett patientdatasystem erhålls, är det eftersträvnadsvärt att intensivvårdsavdelningen analyserar vilken datasom skall hanteras. Detta examensarbete bidrog till kunskap om hur övervakning utförs på en intensivvårdsavdelning, på ett akutsjukhus i Stockholm. Målet med detta examensarbete var att insamla data om vad klinikerna behöver och vilken utrustning och system som de använder idag för att utföra övervakning. Behovsframkallning är en teknik som kan användas för att insamla krav. I detta projekt insamlades data genom aktivaobservationer och kvalitativa intervjuer. Mönster har hittats bland undersköterskornas, sjuksköterskornas och läkarnas behov av teknisksupport från system och utrustning som stödjer sjukvårdspersonalen under övervakningen av en patient. Undersköterskor uttrycker ett behov av att bli avlastade från uppgifter så som att manuellt skrivaner vitala parametervärden. De ifrågasätter behovet av automatiserad datahämtning eftersom de ständigt är närvarande bredvid patienten. Sjuksköterskor beskriver en hög vårdtyngd och önskaratt inte bli tillägnade fler aktiviteter som ökar den vårdtyngden. Läkare beskriver ett behov av ökat stöd för hur en interversion leder till resultat för individuella patienter. Resultaten visar attdet finns information om möjliga kliniska beslutsstöd utan givet sätt att applicera dessa, bättre än de sätt som används idag. Sjukvårdspersonalen hävdar att det det finns ett behov av att utvärdera det kliniska arbetet med hjälp av övervakningsparametrar. Resultaten utgör kunskap om vilka områden som sjukvårdpersonalens behov inte har stöd av nuvarnade verktyg. Resultaten visar att beroende på vilken profession och erfarenhet som sjukvårdspersonalen har, är behoven olika. På intensivvårdsavdelningen sker övervakning då enskilda patienter visuellt observeras såväl som övervakningsparametrar från medicintekniska produkter, resultat från medicinska tester och fysiska examinationer. Det finns behov att integrera och presenterainformation från dessa källor givet kunskap om att sjukvårdpersonalen fattar beslut på dessa som resulterar i behandling, diagnostik och/eller vård.

Stroke is an enormous global burden, six and a half-million people die fromstroke annually [1]. Effectively monitoring blood hemodynamic parameters suchas blood velocity and volume flow permits to help and cure people. This projectaimed to calibrate a custom-made wearable system for measuring cerebral bloodflow (CBF) using a photoplethysmography (PPG) sensor. The measurementswere validated using Doppler ultrasound as a reference method. Five (N=5)subjects (age = 24±1.41 years) were selected for the project. The PPG and Dopplerultrasound probe were placed above the left and right common carotid arteries(CCA), respectively. Measurements were taken simultaneously for 12 secondseach, with six consecutive measurements per subject and 2 time-synchronizedECG recordings. Subsequently, using an extraction algorithm the velocityenvelope (TAMEAN) was extracted from the Doppler image to obtain the bloodvolume flow (ml/min). After synchronization, the PPG signal output expressedin volts was calibrated to the corresponding volume, and a calibration curve wascreated.The extraction algorithm achieved remarkable results, with almost perfectcorrelation with the Doppler image reference, rT AM EAN =0.951 and rvolume=0.975demonstrating its reliability. Challenges encountered during postprocessingand synchronization highlighted the need for careful refinement in the projectframework. Despite successful signal processing and alignment techniques,calibration results were suboptimal due to synchronization difficulties andmotion artifacts. Limitations included impractical measurement locations andsusceptibility to movement artifacts. The calibration process did not yield theexpected outcomes and the project aim was not achieved. All the linear regressionmodels for each subject failed to accurately predict the volume flow based on themeasured voltages. Future work could focus on refining calibration procedures,improving synchronization methods, and expanding studies to include largercohorts. Although the wearable device was tested, the project’s goal was onlypartially achieved, underscoring the complexity of accurately measuring cerebralblood flow using PPG sensors. / Stroke är en enorm global börda, sex och en halv miljon människor dör av strokeårligen [1]. Effektiv övervakning av hemodynamiska blodparametrar såsomblodflödeshastighet och volymflöde gör det möjligt att hjälpa och bota människor.Detta projekt syftade till att kalibrera ett specialtillverkat bärbart system föratt mäta cerebralt blodflöde (CBF) med hjälp av en fotopletysmografisensor(PPG). Mätningarna validerades med Doppler-ultraljud som referensmetod. Fem(N=5) försökspersoner (ålder = 24±1.41 år) valdes ut för projektet. PPG- ochDoppler-ultraljudssonden placerades över vänster respektive höger gemensamhalsartär (CCA). Mätningar togs samtidigt i 12 sekunder vardera, med sexpå varandra följande mätningar per försöksperson och 2 tids-synkroniseradeEKG-inspelningar. Därefter användes en extraktionsalgoritm för att extraherahastighetskuvertet (TAMEAN) från Doppler-bilden för att få blodvolymflödet(ml/min). Efter synkronisering kalibrerades PPG-signalens utgång uttryckt i volttill motsvarande volym, och en kalibreringskurva skapades.Extraktionsalgoritmen uppnådde anmärkningsvärda resultat, med nästan perfektkorrelation med Doppler-bildreferensen, rT AM EAN =0.951 och rvolume=0.975,vilket visar dess tillförlitlighet. Utmaningar som uppstod under efterbearbetningoch synkronisering betonade behovet av noggrann förfining av projektetsramverk. Trots framgångsrik signalbehandling och justeringstekniker varkalibreringsresultaten suboptimala på grund av synkroniseringssvårigheteroch rörelseartefakter. Begränsningar inkluderade opraktiska mätplatser ochkänslighet för rörelseartefakter. Kalibreringsprocessen gav inte de förväntaderesultaten och projektmålet uppnåddes inte. Alla linjära regressionsmodellerför varje försöksperson misslyckades med att noggrant förutsäga volymflödetbaserat på de uppmätta spänningarna. Framtida arbete kan fokusera på att förfinakalibreringsprocedurer, förbättra synkroniseringsmetoder och utöka studier tillatt omfatta större kohorter. Även om den bärbara enheten testades, uppnåddesprojektets mål endast delvis, vilket understryker komplexiteten i att noggrantmäta cerebralt blodflöde med hjälp av PPG-sensorer.