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Faculté des Sciences appliquées
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Mémoire

Master thesis : Head phantoms: Design and implementation of a physiological signal generator on a PCB for the validation of new polysomnography systems

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Boniver, Julien ULiège
Promoteur(s) : Redouté, Jean-Michel ULiège
Date de soutenance : 29-jui-2026/30-jui-2026 • URL permanente : http://hdl.handle.net/2268.2/26100
Détails
Titre : Master thesis : Head phantoms: Design and implementation of a physiological signal generator on a PCB for the validation of new polysomnography systems
Titre traduit : [fr] Conception et réalisation d’un générateur de signaux physiologiques sur PCB pour la validation de nouveaux systèmes de polysomnographie
Auteur : Boniver, Julien ULiège
Date de soutenance  : 29-jui-2026/30-jui-2026
Promoteur(s) : Redouté, Jean-Michel ULiège
Membre(s) du jury : Vanderbemden, Philippe ULiège
Sacré, Pierre ULiège
Langue : Anglais
Nombre de pages : 78
Mots-clés : [en] biosignal playback
[en] waveform generator
Discipline(s) : Ingénierie, informatique & technologie > Ingénierie électrique & électronique
Institution(s) : Université de Liège, Liège, Belgique
Diplôme : Master : ingénieur civil électricien, à finalité spécialisée en Neuromorphic Engineering
Faculté : Mémoires de la Faculté des Sciences appliquées

Résumé

[en] Polysomnography (PSG) is the gold standard for diagnosing sleep disorders and relies on
the simultaneous overnight acquisition of several physiological signals. Validating new PSG
acquisition systems before they reach patients requires a testbench capable of reproducing
realistic multimodal signals under controlled conditions; yet existing solutions either target
a single modality, lack configurable artifact injection, or remain inaccessible because of cost.
This work presents the design, implementation, and characterization of an accessible, multi
modal physiological signal generator on a printed circuit board for the validation of new PSG
systems. The signals of interest in the scope of this work are EEG, EOG, ECG and EMG.
The device replays real recordings from the Haaglanden Medisch Centrum sleep staging
database through eight channels: seven single-ended (3 EEG, 2 EOG, EMG) and one differ
ential (ECG). Cardiac and ocular artifacts are first extracted through a method-per-artifact
pipeline, allowing them to be re-injected at user-defined gains. The hardware combines a 12
bit eight-channel DAC, a digitally controlled two-stage resistive divider sized per modality,
and precision buffers. Three playback modes (raw replay, artifact mixing, and on-demand
artifact injection), each with optional sleep-stage selection, are controllable from a PC ter
minal without reflashing. Signals are stored on an SD card, and dry-electrode connection is
supported through ten on-board conductive pads. The complete device costs approximately
200 euros.
The generator presents an output range from 62 µV to 79 mV with a best-case noise floor near
10 µV, a faithful reproduction on the ECG differential channel across all configurations. On
the single-ended channels, inter-channel coupling through the shared analog reference node
limits faithful simultaneous multichannel replay below the millivolt range; the mechanism is
analyzed and mitigation strategies are proposed. The supply noise is shown to be rejected by
the differential output topology, making the generator effectively independent of the choice
of power source. Overall, the work demonstrates that accessible, multimodal, hardware-level
PSG validation with configurable artifact injection is achievable, and provides a documented
basis for future versions.


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Document(s)

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Access TFE_Julien_Boniver.pdf
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Taille: 49.7 MB
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Annexe(s)

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Taille: 64.79 kB
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Description:
Taille: 15.25 MB
Format: Adobe PDF

Auteur

  • Boniver, Julien ULiège Université de Liège > Master ing. civ. électr. fin. spéc. neur. engi.

Promoteur(s)

Membre(s) du jury

  • Vanderbemden, Philippe ULiège Université de Liège - ULiège > Dép. d'électric., électron. et informat. (Inst.Montefiore) > Capteurs et systèmes de mesures électriques
    ORBi Voir ses publications sur ORBi
  • Sacré, Pierre ULiège Université de Liège - ULiège > Dép. d'électric., électron. et informat. (Inst.Montefiore) > Robotique intelligente
    ORBi Voir ses publications sur ORBi








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