Älykäs tekstiilianturijärjestelmä terveyden seurantaan

Ihmisiä koskevat menettelyt:

Anturit - elektrodit, johdinkanavat ja puolijohdekanavat - ovat suorassa kosketuksessa (runkoon) tai epäsuorassa kosketuksessa ohimenevän polyimidi- tai piikumikerroksen kautta. Vahvistimet nostavat mikrovolttisignaalit alueelle, jossa ne voidaan digitoida tarkasti käyttämällä analogia-digitaalimuunninta. Tämän jälkeen langaton tietoliikennejärjestelmä lähettää ja vastaanottaa digitoidut tiedot ja henkilökohtainen tietokone (tai muu asiaankuuluva laite) tallentaa ja näyttää tallennetut tiedot. Bioimpedanssin mittaamiseen käytetyt anturit kuljettavat 1-5 mA (rms) moduloidun virran 30 kHz - 100 kHz ihon läpi tutkittavaan kehoon. Tämä järjestelmä saa virtansa 3,7 V:n akkulähteestä. Anturijärjestelmä(t) ottavat virtaa tämän järjestelmän kautta. Tässä tutkimuksessa käytettävät anturijärjestelmät ovat:

1. Uudelleenkäytettävät litteät kulta- ja nanolankaelektrodit (kulta tai platina tai titaani) EKG-, ICG-, TTI-, EEG-, EOG- ja EMG-mittauksiin.
2. Uudelleen käytettävä nanoteksturoitu tekstiili, joka on päällystetty ohuella metallikalvolla (kulta tai hopea tai platina tai titaani) elektrodeja EKG-, ICG-, TTI-, EEG-, EOG- ja EMG-mittauksiin.
3. Uudelleenkäytettävä sydänäänenturi, vahvistinpiirit, sydämen äänen mittaamiseen.
4. Uudelleenkäytettävä anturi, lämpötilariippuvainen vastuspiiri, kehon lämpötilan mittaamiseen.
5. Uudelleenkäytettävä anturi, jännityksestä riippuvainen vastuspiiri, hengitysponnistuksen mittaamiseen.
6. Uudelleenkäytettävä anturi, pietsosähköinen piiri, verenpaineen mittaukseen.
7. Uudelleenkäytettävä kiihtyvyys- ja pyörimisanturi x,y,z-akselin suhteen. anturi, vahvistinpiirit, koehenkilöiden aktiivisuuden mittaamiseen (aktigrafia).
8. Uudelleenkäytettävä optoelektroninen anturi, vahvistinpiiri, veren happitason mittaamiseen.
9. Uudelleenkäytettävä anturi, pietsosähköinen ja optoelektroninen piiri, pulssin mittaamiseen.
10. Puettava langaton järjestelmä: kompaktit sulautetut järjestelmät ja kannettava akku tukevassa eboniittilaatikossa.

Anturit valmistetaan polyimidi- (KAPTON®) ja polyesterikalvoista sekä tekstiilikankaasta, ja ne on asennettava kohteen iholle. Tämä saavutetaan käyttämällä tavallista kirurgista vedenpitävää teippiä tai henkselit, jotka on valmistettu sellaisista materiaaleista kuin polyesteri, nailon, silikonikumilevy ja tekstiilikangas. Tämä polyimidi- tai polyesterimateriaali on aina ainoa koehenkilön ihon kanssa kosketuksissa oleva komponentti. Anturitallenteet otetaan koehenkilöiltä eri fyysisessä tilassa: selällään, istuen ja rentoutuneena, seisomaan ja/tai kävelemään reippaasti, harjoittelemaan kohtalaisen tiukkaa liikuntaa (ei sydän- ja verisuoniharjoittelua).

1 Laitekohtaiset protokollat: 1.1 EKG-mittaukset kuivilla elektrodeilla:

1. Istu mukavasti sängyllä tai tuolilla
2. Merkitse elektrodin sijainti iholle.
3. Ihon puhdistamisen jälkeen aseta elektrodit paikoilleen kannattimella.
4. Koesuunnitelmasta riippuen koehenkilö voi omaksua mainitut fyysiset tilat (makaa, istuu, seisoo, kävely, kohtalainen harjoitus).
5. Tyypillinen testin kesto on 30 min - 1 h.
6. Elektrodien paikat koehenkilössä reaaliaikaista EKG-mittausta varten ovat kuvan 1 mukaiset. Elektrodit 7, 8, 9 ja 10 muodostavat ohjatun oikean jalan Einthovenin lisätyn kytkentäjärjestelmän. Elektrodit 1–6 ovat rintajohtoja, joita käytetään osana standardia 12 elektrodijärjestelmää.

Kuva 1: Elektrodien sijoituskartta reaaliaikaista EKG-signaalia varten. 1.2 Ihokosketusimpedanssin mittaus kuivaelektrodeilla:

Toimenpiteen suorittaa koulutettu käyttäjä. Vaiheet ovat seuraavat:

1. Tutkittavaa pyydetään istumaan mukavasti sängyllä tai tuolilla.
2. Elektrodien paikat merkitään varteen.
3. Ihon puhdistamisen jälkeen aseta elektrodit paikoilleen henkselien avulla.
4. Elektrodit on kytketty elektrodiimpedanssimittariin.
5. Impedanssilukemat taulukoidaan (manuaalisesti) enintään 15 minuutin välein. Kokeen kesto vaihtelee välillä 60-90 minuuttia.

Säännöllisin väliajoin käyttäjä kysyy koehenkilöltä, onko hänen käsivarressaan kihelmöivää tunnetta. Tämä toimii varotoimenpiteenä. Impedanssimittari (käytössä) on kuitenkin erityinen laite iho-elektrodin kosketusimpedanssin mittaamiseen.

1.3 Hengitysanturi: Hengitysanturi on valmistettu laitteen elektroniikan kanssa joustaville alustoille (kalvoille): polyimidi (KAPTON ®), silikonikumi, polyeteeninaftalaatti. Nämä anturit asennetaan joko joustavaan polyesterihihnaan tai joustamattomaan nylonhihnaan. Ainoat suoraan ihon kanssa kosketuksiin joutuvat materiaalit ovat nailon/polyesterinauha ja silikoni tai KAPTON. Hihnaa on käytettävä puolivälin ympärillä, jossa halkaisijan tehokas kasvu ja pieneneminen ovat maksimissaan sisään- ja uloshengityksen aikana. Kaikki anturiin johtavat johdot ovat kaupallisesti saatavilla eristettyjä kupari/nikkelikaapeleita.

1.3.1 Menettely koehenkilölle:

1. Kohde pitää joustavaa/nailonista hihnaa alavatsan ympärillä kuvan 2 mukaisesti.

   Kuva 2: Hengitysanturin asennusstrategia reaaliaikaisen hengitysponnistuksen signaalin keräämiseksi

2. Tutkittavaa pyydetään suorittamaan seuraavat hengitystavat:

1. Lyhyet pinnalliset hengitykset. 2. Hengittää syvään. 3. Pidätä hengitystä syvän sisäänhengityksen jälkeen. 4. Pidätä hengitystä syvän uloshengityksen jälkeen. 5. Normaalit hengitykset eri intervallein välillä 1 sekunnista 10 sekuntiin.

Yllä olevat testit, joihin liittyy erilaisia ​​hengitysmalleja, on tarkoitettu tyhjentäväksi kaikkien käytännössä havaittujen hengitysmallien osalta. Nämä olosuhteet kattavat myös kattavasti luvun 2 alkuosassa kuvatut fyysiset tilat (makasin, istuma, seisoma, kävely, kohtalainen harjoittelu). Signaalin saantiaika on subjektiivinen kalibrointikokeen tai testattavan hypoteesin kannalta.

Tämän anturin standardointia varten asennetaan samanaikaisesti myös kaupallisesti saatavilla oleva hengitysanturi ja mittauksia verrataan.

1.4 Kehon lämpötila-anturi: Tätä anturia käytetään kehon lämpötilan mittaamiseen iholla. Hengitysanturin tavoin laitteen piiri on joustavalla alustalla. Ainoa koehenkilön ihon kanssa kosketuksissa oleva materiaali on KAPTON®. Anturi pakataan eristämään se sähköisesti kohteen kehosta. Kaikki anturiin johtavat johdot ovat kaupallisesti saatavilla eristettyjä kupari/nikkelikaapeleita.

1.4.1 Menettely koehenkilölle:

1. Anturi sijoitetaan koehenkilön kylkeen kainalon alle (aksiaalinen lämpötila), rintakehälle rintalastan yläpuolelle, selkään tai kasvoihin kuvan 3 mukaisesti.

2. Koehenkilöä pyydetään myös pitämään kaupallisesti saatavilla olevaa kuivan lampun lämpötila-anturia iholla kuvassa 3 korostetuilla alueilla.

   Kuva 3: Lämpötila-anturin asennusstrategia reaaliaikaista signaalia varten.

3. Lukemat otetaan sisä- ja ulkotiloissa.
4. Tiedonkeruu tehdään koehenkilön ollessa kohdassa 2 mainituissa fyysisessä tilassa (makamaalla, istuen, seisten, kävely, kohtalainen harjoittelu).

1.5 Verenpaine- ja pulssianturi: Tätä anturia käytetään valtimoverenpaineen ja pulssin, sydämen äänen ja veren happitason mittaamiseen ei-invasiivisella tavalla. Laitteen piiri koostuu MEMS-mikrofonista, pietsosähköisestä tai optoelektronisesta muuntimesta, jotka on asennettu polyimidi- (KAPTON ®) tai polyesterikalvolle. Optoelektronisten komponenttien energiahäviö on alle 0,5 wattia. MEMS-mikrofoni on hyllystä valmistettava elektroninen komponentti, joka toimii 1,8–3,3 V jännitteellä ja 180–250 µA. Tämä kalvo joutuu kosketuksiin koehenkilön ihon kanssa. Anturi asennetaan potilaan vasempaan kyynärvarteen, rintalastaan ​​tai selkään kuvan 4 mukaisesti. Anturi on sähköisesti eristetty tutkittavan kehosta. Kaikki anturiin johtavat johdot ovat kaupallisesti saatavilla eristettyjä kupari/nikkelikaapeleita.

1.5.1 Menettely koehenkilölle:

1. Ennen testin aloittamista mitataan normaali pulssi- ​​ja verenpaine- sekä veren happitasoarvot kaupallisella pulssioksimetrillä ja verenpainemansetilla.

2. Verenpaine-, sydämenääni- ja pulssianturit asennetaan kohteen vasempaan kyynärvarteen, rintalastan tai selkään (kuva 4).

   Kuva 4: Verenpaine- ja sykeanturijärjestelmän asennusstrategia

3. Pulssi-, veren happitaso-, sydämenääni- ja verenpainetiedot tallennetaan, kun tutkittava on fyysisessä tilassa (makaa, istuu, seisoo, kävely, kohtalainen harjoittelu).
4. Testin aikana koehenkilöä pyydetään käyttämään kaupallista pulssioksimetriä reaaliaikaisen pulssin ja veren happitason vertailua varten.

1.6 Bioimpedanssin mittaus kuivaelektrodeilla

1. Istu mukavasti sängyllä tai tuolilla
2. Merkitse elektrodin paikka iholle
3. Aseta elektrodit paikoilleen iholle tuen avulla
4. Koesuunnitelmasta riippuen koehenkilö voi omaksua mainitut fyysiset tilat (makaa, istuu, seisoo, kävely, kohtalainen harjoitus).
5. Tyypillinen testin kesto on 15 minuutista 12 tuntiin
6. Elektrodien paikat koehenkilössä reaaliaikaista bioimpedanssimittausta varten ovat kuvan 5 mukaiset.
7. Bioimpedanssimittaus tehdään käyttämällä neljää elektrodia, jotka on asetettu iholle kuvan 5 mukaisesti. Moduloitu virta 1-5 mA (rms) taajuudella 30 kHz - 100 kHz johdetaan potilaan kehon läpi kahden elektrodin 1,4 tai 5,8 välillä ja tuloksena oleva biopotentiaalin muutos mitataan kahden elektrodin 2,3 tai 4,6 välillä. Bioimpedanssi mitataan muunnospiirillä, joka on osa langatonta tietoliikennejärjestelmää. Samanlainen neljän elektrodin sijoittelu tehdään tutkittavan kehon käsivarteen, otsaan, kaulaan, vartaloon tai jalkaan tutkimuksen tavoitteen perusteella.

1.7 Sydänäänen mittaus sydänäänensorilla

1. Istu mukavasti sängyllä tai tuolilla
2. Merkitse elektrodin paikka iholle
3. Aseta Sydänääni-anturi paikalleen iholle kannattimella
4. Koesuunnitelmasta riippuen koehenkilö voi omaksua mainitut fyysiset tilat (makaa, istuu, seisoo, kävely, kohtalainen harjoitus).
5. Tyypillinen testin kesto on 15 minuutista 12 tuntiin
6. Anturin asento 9 koehenkilössä reaaliaikaista bioimpedanssimittausta varten on kuvan 5 mukainen.

Kuva 5 1.8 EEG-, EOG- ja EMG-mittaus kuivaelektrodeilla

1. Istu mukavasti sängyllä tai tuolilla
2. Merkitse elektrodin paikka iholle
3. Aseta elektrodit paikoilleen iholle kannattimella tai liimalapuilla
4. Testin aikana koehenkilöä pyydetään suorittamaan silmien liikkeitä, leuan liikkeitä ja rentoutumaan silmät kiinni anturijärjestelmän kalibrointia varten.
5. Riippuen kokeen suunnittelusta, koehenkilö voi omaksua mainitut fyysiset tilat (valvella makuulla, makuulla nukkumassa, oikealla ja vasemmalla lateraalisella hereillä, oikealla ja vasemmalla lateraalisella uni, istuminen, seisominen, kävely).
6. Tyypillinen testin kesto on 15 minuutista 12 tuntiin
7. Elektrodien paikat koehenkilössä reaaliaikaisissa EEG-, EOG- ja EMG-mittauksissa ovat kuvan 6 mukaiset. Kun EEG-elektrodit asetetaan otsalle (nauha), EOG-elektrodit sijoitetaan silmän (silmien) ympärille siten, että vertailuelektrodi on vatsaluun kummallakin puolella ja EMG-elektrodipari (2 elektrodia vähintään 2 mm:n etäisyydellä toisistaan) leukaan. .

Kuva 6 1.9 Kiihtyvyys- ja pyörimisanturi koehenkilöiden aktiivisuuden mittaamiseen (aktigrafia)

1. Istu mukavasti sängyllä tai tuolilla
2. Aseta kiihtyvyys- ja pyörimistunnistin paikoilleen iholle tuen avulla
3. Koesuunnitelmasta riippuen koehenkilö voi omaksua mainitut fyysiset tilat (makaa, istuu, seisoo, kävely, kohtalainen harjoitus).
4. Tyypillinen testin kesto on 15 minuutista 12 tuntiin
5. Anturin asento koehenkilössä reaaliaikaista aktiivisuuden mittausta varten on kuvan 7 mukainen.

Kuva 7