Système de capteur textile intelligent pour la surveillance de la santé

Procédures impliquant des personnes :

Les capteurs - électrodes, canaux conducteurs et canaux semi-conducteurs - sont en contact direct (avec le corps) ou en contact indirect à travers une couche transitoire de polyimide ou de caoutchouc de silicone. Les amplificateurs amplifient les signaux microvolts dans la plage où ils peuvent être numérisés avec précision à l'aide d'un convertisseur analogique-numérique. Par la suite, un système de communication de données sans fil transmettra et recevra les données numérisées et un ordinateur personnel (ou un autre dispositif pertinent) stockera et affichera les données enregistrées. Les capteurs utilisés pour la mesure de la bioimpédance transmettront un courant modulé de 1 à 5 mA (rms) à 30 kHz à 100 kHz à travers la peau dans le corps du sujet. Ce système sera alimenté par une source de batterie de 3,7 V. Le(s) système(s) de capteurs tireront leur énergie de ce système. Les systèmes de capteurs qui seront utilisés pour cette étude sont :

1. Électrodes plates réutilisables en or et nanofils (or ou platine ou titane) pour la mesure ECG, ICG, TTI, EEG, EOG, EMG.
2. Textile nanotexturé réutilisable recouvert d'un film mince d'électrodes métalliques (or ou argent ou platine ou titane) pour la mesure ECG, ICG, TTI, EEG, EOG, EMG.
3. Capteur de son cardiaque réutilisable, circuit amplificateur, pour la mesure du son cardiaque.
4. Capteur réutilisable, circuit de résistance dépendant de la température, pour la mesure de la température corporelle.
5. Capteur réutilisable, circuit de résistance dépendant de la contrainte, pour la mesure de l'effort respiratoire.
6. Capteur réutilisable, circuit piézoélectrique, pour la mesure de la pression artérielle.
7. Capteur de détection d'accélération et de rotation réutilisable par rapport aux axes x,y,z. capteur, circuit amplificateur, pour la mesure de l'activité (actigraphie) des sujets.
8. Capteur optoélectronique réutilisable, circuit amplificateur, pour la mesure du niveau d'oxygène dans le sang.
9. Capteur réutilisable, circuits piézoélectriques et optoélectroniques, pour la mesure de la fréquence du pouls.
10. Un système sans fil portable : des systèmes embarqués compacts et une batterie portable, enfermés dans un solide boîtier en ébonite.

Les capteurs seront fabriqués sur des films de polyimide (KAPTON®) et polyester, et de tissu textile et devront être montés sur la peau du sujet. Ceci sera accompli en utilisant du ruban adhésif chirurgical imperméable standard ou des accolades fabriquées à partir de matériaux comme le polyester, le nylon, la feuille de caoutchouc de silicone et le tissu textile. À tout moment, ce matériau polyimide ou polyester sera le seul composant en contact avec la peau du sujet de test. Les enregistrements des capteurs seront effectués sur les sujets testés dans différents états physiques : position couchée, assise et détendue, debout et/ou marchant rapidement, pratiquant un exercice modérément rigoureux (pas d'exercice cardiovasculaire).

1 Protocoles spécifiques à l'appareil : 1.1 Mesures ECG avec des électrodes sèches :

1. Asseyez-vous confortablement sur un lit ou une chaise
2. Marquez la position de l'électrode sur la peau.
3. Après avoir nettoyé la peau, placez les électrodes en position avec une attelle.
4. Selon la conception de l'expérience, le sujet de test peut assumer lesdits états physiques (couché, assis, debout, marchant, exercice modéré).
5. La durée typique du test durera de 30 min à 1 h.
6. Les positions des électrodes, sur le sujet de test, pour la mesure ECG en temps réel seront comme indiqué sur la figure 1. Les électrodes 7, 8, 9 et 10 constituent le système de dérivation augmenté d'Einthoven pour la jambe droite entraînée. Les électrodes 1 à 6 sont des dérivations thoraciques utilisées dans le cadre du système standard à 12 électrodes.

Figure 1 : Carte de placement des électrodes pour l'acquisition du signal ECG en temps réel. 1.2 Mesure de l'impédance de contact avec la peau avec des électrodes sèches :

La procédure sera effectuée par un opérateur qualifié. Les étapes sont les suivantes:

1. Le sujet sera invité à s'asseoir confortablement sur un lit ou une chaise.
2. Les positions des électrodes seront marquées sur le bras.
3. Après avoir nettoyé la peau, placez les électrodes en position à l'aide d'attelles.
4. Les électrodes sont connectées à l'impédancemètre des électrodes.
5. Les lectures d'impédance seront tabulées (manuellement) à des intervalles allant jusqu'à 15 minutes. La durée de l'expérience variera de 60 à 90 minutes.

À intervalles réguliers, l'opérateur demandera au sujet toute sensation de picotement sur le bras du sujet. Cela servira de précaution. Cependant, l'impédancemètre (en cours d'utilisation) est un appareil dédié à la mesure de l'impédance de contact peau-électrode.

1.3 Capteur de respiration : le capteur de respiration a été fabriqué avec l'électronique de l'appareil sur des substrats flexibles (films) : polyimide (KAPTON ®), caoutchouc de silicone, polyéthylène naphtalate. Ces capteurs seront montés soit sur une sangle en polyester élastique, soit sur une sangle en nylon inélastique. Les seuls matériaux en contact direct avec la peau seront la bande nylon/polyester et le silicone ou le KAPTON. La sangle devra être portée autour du ventre où l'augmentation et la diminution effectives du diamètre sont maximales lors de l'inspiration et de l'expiration respectivement. Tous les fils menant au capteur seront des câbles isolés en cuivre/nickel disponibles dans le commerce.

1.3.1 Procédure impliquant le sujet de test :

1. La sangle élastique/nylon sera portée par le sujet autour du bas-ventre comme indiqué sur la figure 2.

   Figure 2 : Stratégie de montage du capteur de respiration pour l'acquisition du signal d'effort respiratoire en temps réel

2. Le sujet sera invité à effectuer les schémas de respiration suivants :

1. Respirations courtes et peu profondes. 2. Respirez profondément. 3. Retenez votre respiration après une profonde inspiration. 4. Retenez votre souffle après une expiration profonde. 5. Respiration normale après différents intervalles allant de 1 seconde à 10 secondes.

Les tests ci-dessus impliquant différents modèles de respiration sont destinés à être exhaustifs en termes de tous les modèles de respiration observés dans la pratique. En outre, ces conditions couvrent de manière exhaustive les états physiques (décubitus dorsal, assis, debout, marche, exercice modéré) décrits dans la partie initiale de la section 2. La période de temps d'acquisition du signal sera subjective à l'expérience d'étalonnage ou à l'hypothèse testée.

Pour la normalisation de ce capteur, un capteur de respiration disponible dans le commerce sera également monté simultanément et les mesures seront comparées.

1.4 Capteur de température corporelle : Ce capteur sera utilisé pour mesurer la température corporelle au niveau de la peau. Semblable au capteur de respiration, les circuits de l'appareil seront sur un substrat flexible. Le seul matériau en contact avec la peau du sujet testé sera le KAPTON®. Le capteur sera emballé pour l'isoler électriquement du corps du sujet. Tous les fils menant au capteur seront des câbles isolés en cuivre/nickel disponibles dans le commerce.

1.4.1 Procédure impliquant le sujet de test :

1. Le capteur sera placé sur le côté du sujet de test sous les aisselles (pour la température axiale), sur la poitrine au-dessus du sternum, du dos ou du visage, comme illustré à la figure 3.

2. Le sujet sera également invité à porter un capteur de température à bulbe sec disponible dans le commerce sur la peau dans les régions mises en évidence sur la figure 3.

   Figure 3 : Stratégie de montage du capteur de température pour l'acquisition du signal en temps réel.

3. Les lectures seront prises en intérieur et en extérieur.
4. L'acquisition des données se fera alors que le sujet est dans les états physiques (couché, assis, debout, marche, exercice modéré) mentionnés à la section 2.

1.5 Capteur de tension artérielle et de pouls : ce capteur sera utilisé pour mesurer la pression artérielle et le pouls, les bruits cardiaques et le niveau d'oxygène dans le sang de manière non invasive. Le circuit du dispositif comprend un microphone MEMS, un ou des transducteurs piézoélectriques ou optoélectroniques montés sur un film de polyimide (KAPTON®) ou de polyester. Les composants optoélectroniques ont une dissipation d'énergie inférieure à 0,5 Watt. Le microphone MEMS est un composant électronique prêt à l'emploi fonctionnant sur 1,8 à 3,3 V et consommant 180 à 250 µA. Ce film sera en contact avec la peau du sujet de test. Le capteur sera monté sur l'avant-bras, le sternum ou le dos gauche du sujet, comme illustré à la figure 4. Le capteur sera électriquement isolé du corps du sujet. Tous les fils menant au capteur seront des câbles isolés en cuivre/nickel disponibles dans le commerce.

1.5.1 Procédure impliquant le sujet de test :

1. Avant de commencer le test, des mesures standard du pouls, de la pression artérielle et du niveau d'oxygène dans le sang seront prises à l'aide d'un oxymètre de pouls commercial et d'un brassard de tensiomètre.

2. Les capteurs de pression artérielle, de bruit cardiaque et de pouls seront montés sur l'avant-bras gauche, le sternum ou le dos du sujet (Figure 4).

   Figure 4 : Stratégie de montage du système de capteur de pression artérielle et de fréquence cardiaque

3. Les données sur le pouls, le niveau d'oxygène dans le sang, le bruit cardiaque et la pression artérielle seront enregistrées pendant que le sujet est dans les états physiques (couché, assis, debout, marchant, exercice modéré).
4. Pendant le test, le sujet sera invité à porter l'oxymètre de pouls commercial pour une comparaison en temps réel des valeurs du pouls et du niveau d'oxygène dans le sang.

1.6 Mesure de bioimpédance avec des électrodes sèches

1. Asseyez-vous confortablement sur un lit ou une chaise
2. Marquer la position des électrodes sur la peau
3. Placer les électrodes en position sur la peau avec une attelle
4. Selon la conception de l'expérience, le sujet de test peut assumer lesdits états physiques (couché, assis, debout, marchant, exercice modéré).
5. La durée typique du test durera de 15 minutes à 12 heures
6. Les positions des électrodes, sur le sujet de test, pour la mesure de la bioimpédance en temps réel seront comme indiqué sur la figure 5.
7. La mesure de la bioimpédance se fera à l'aide de 4 électrodes placées sur la peau comme le montre la figure 5. Un courant modulé de 1-5 mA (rms) à 30kHz à 100kHz est passé à travers le corps du sujet entre deux électrodes 1,4 ou 5,8 et le changement résultant du biopotentiel est mesuré entre deux électrodes 2,3 ou 4,6. La bioimpédance est mesurée par un circuit de conversion qui fait partie du système de communication de données sans fil. Un placement similaire de 4 électrodes sera effectué sur le bras, le front, le cou, le torse ou la région des jambes du corps du sujet en fonction de l'objectif de l'étude.

1.7 Mesure du bruit cardiaque avec capteur de bruit cardiaque

1. Asseyez-vous confortablement sur un lit ou une chaise
2. Marquer la position des électrodes sur la peau
3. Placer le capteur de bruit cardiaque en position sur la peau avec une attelle
4. Selon la conception de l'expérience, le sujet de test peut assumer lesdits états physiques (couché, assis, debout, marchant, exercice modéré).
5. La durée typique du test durera de 15 minutes à 12 heures
6. La position du capteur 9, sur le sujet de test, pour la mesure de la bioimpédance en temps réel sera comme indiqué sur la figure 5.

Figure 5 1.8 Mesure EEG, EOG et EMG avec des électrodes sèches

1. Asseyez-vous confortablement sur un lit ou une chaise
2. Marquer la position des électrodes sur la peau
3. Placer les électrodes en position sur la peau avec une attelle ou avec des patchs adhésifs
4. Pendant le test, le sujet sera invité à effectuer des mouvements oculaires, des mouvements de la mâchoire et à se détendre les yeux fermés à des fins d'étalonnage du système de capteur.
5. Selon la conception de l'expérience, le sujet de test peut assumer lesdits états physiques (éveillé en décubitus dorsal, sommeil en décubitus dorsal, éveil latéral droit et gauche, sommeil latéral droit et gauche, assis, debout, marchant).
6. La durée typique du test durera de 15 minutes à 12 heures
7. Les positions des électrodes, sur le sujet de test, pour la mesure EEG, EOG, EMG en temps réel seront comme indiqué sur la figure 6. Lorsque les électrodes EEG sont placées sur la région frontale (bande), les électrodes EOG sont placées autour de l'œil (s) avec une électrode de référence sur l'os mastoïde de chaque côté et une paire d'électrodes EMG (2 électrodes placées à au moins 2 mm d'intervalle) sur le menton .

Figure 6 1.9 Capteur de détection d'accélération et de rotation pour la mesure de l'activité (actigraphie) des sujets

1. Asseyez-vous confortablement sur un lit ou une chaise
2. Placer le capteur de détection d'accélération et de rotation en position sur la peau avec une attelle
3. Selon la conception de l'expérience, le sujet de test peut assumer lesdits états physiques (couché, assis, debout, marchant, exercice modéré).
4. La durée typique du test durera de 15 minutes à 12 heures
5. La position du capteur, sur le sujet de test, pour la mesure de l'activité en temps réel sera comme indiqué sur la figure 7.

Figure 7