Intelligens textil érzékelőrendszer az egészségi állapot megfigyeléséhez

Embereket érintő eljárások:

Az érzékelők – elektródák, vezetőcsatornák és félvezető csatornák – közvetlenül (a testtel) vagy közvetetten érintkeznek egy tranziens poliimid vagy szilíciumgumi rétegen keresztül. Az erősítők a mikrovoltos jeleket arra a tartományra emelik, ahol analóg-digitális átalakítóval pontosan digitalizálhatók. Ezt követően egy vezeték nélküli adatkommunikációs rendszer továbbítja és fogadja a digitalizált adatokat, és egy személyi számítógép (vagy más megfelelő eszköz) tárolja és megjeleníti a rögzített adatokat. A bioimpedancia mérésére használt érzékelők 1-5 mA (rms) modulált áramot vezetnek át 30 kHz és 100 kHz között a bőrön keresztül a vizsgált testbe. Ez a rendszer 3,7 V-os akkumulátorról működik. Az érzékelőrendszer(ek) ezen a rendszeren keresztül veszik fel az áramot. A tanulmányhoz használt szenzorrendszerek a következők:

1. Újrafelhasználható lapos arany és nanoszálas (arany vagy platina vagy titán) elektródák EKG, ICG, TTI, EEG, EOG, EMG mérésekhez.
2. Újrafelhasználható nanotexturált textil vékony fém (arany vagy ezüst vagy platina vagy titán) elektródákkal bevonva EKG, ICG, TTI, EEG, EOG, EMG mérésekhez.
3. Újrahasználható szívhang-érzékelő, erősítő áramkör, szívhang méréshez.
4. Újrafelhasználható érzékelő, hőmérsékletfüggő ellenállásos áramkör, testhőmérséklet méréshez.
5. Újrafelhasználható érzékelő, feszültségfüggő ellenállás-áramkör a légzési erőkifejtés mérésére.
6. Újrahasználható szenzor, piezoelektromos áramkör, vérnyomásméréshez.
7. Újrafelhasználható gyorsulás- és forgásérzékelő az x,y,z tengelyhez képest. érzékelő, erősítő áramkör, az alanyok aktivitásának mérésére (aktigráfia).
8. Újrafelhasználható optoelektronikus érzékelő, erősítő áramkör, véroxigénszint méréshez.
9. Újrafelhasználható érzékelő, piezoelektromos és optoelektronikus áramkör, pulzusszám méréshez.
10. Viselhető vezeték nélküli rendszer: kompakt beágyazott rendszerek és hordozható akkumulátor, egy erős ebonit dobozban.

Az érzékelők poliimid (KAPTON®) és poliészter fóliákból, valamint textilszövetből készülnek, és az alany bőrére kell felszerelni. Ezt szabványos sebészeti vízálló szalaggal vagy olyan anyagokból készült merevítőkkel lehet elérni, mint a poliészter, nejlon, szilikongumi lap és textilszövet. Mindig ez a poliimid vagy poliészter anyag lesz az egyetlen komponens, amely érintkezik a vizsgált alany bőrével. A szenzoros felvételek a tesztalanyoktól különböző fizikai állapotúak: hanyatt fekve, ülve és nyugodtan, felállva és/vagy lendületesen járva, mérsékelten erős testmozgást végezve (nem szív- és érrendszeri gyakorlatban).

1 Készülékspecifikus protokollok: 1.1 EKG mérések száraz elektródákkal:

1. Üljön kényelmesen egy ágyra vagy székre
2. Jelölje meg az elektróda helyzetét a bőrön.
3. A bőr tisztítása után rögzítse az elektródákat a helyére egy merevítővel.
4. A kísérlet elrendezésétől függően a tesztalany felveheti az említett fizikai állapotokat (fekvés, ülő, álló, járás, mérsékelt testmozgás).
5. A teszt átlagos időtartama 30 perc - 1 óra.
6. A valós idejű EKG-mérés elektródáinak helyzete a tesztalanyon az 1. ábrán látható. A 7., 8., 9. és 10. elektródák alkotják a meghajtott jobb láb Einthoven kiterjesztett vezetékrendszerét. Az 1-6 elektródák mellkasi vezetékek, amelyeket a szabványos 12 elektródarendszer részeként használnak.

1. ábra: Elektróda elhelyezési térkép a valós idejű EKG jelek gyűjtéséhez. 1.2 Bőrkontaktus impedancia mérése száraz elektródákkal:

Az eljárást képzett kezelő végzi el. A lépések a következők:

1. Az alanynak meg kell ülnie kényelmesen egy ágyon vagy széken.
2. Az elektródák pozíciói a karon lesznek jelölve.
3. A bőr tisztítása után rögzítse az elektródákat a fogszabályozó segítségével.
4. Az elektródák az elektródák impedanciamérőjéhez vannak csatlakoztatva.
5. Az impedancia értékeket (manuálisan) táblázatba foglaljuk legfeljebb 15 perces időközönként. A kísérlet időtartama 60 és 90 perc között változik.

Rendszeres időközönként a kezelő megkérdezi az alanytól, hogy milyen bizsergő érzést érez az alany karjában. Ez óvintézkedésként fog szolgálni. A használatban lévő impedanciamérő azonban egy speciális eszköz a bőr-elektróda érintkezési impedancia mérésére.

1.3 Légzésérzékelő: A légzésérzékelőt a készülék elektronikájával rugalmas hordozókra (fóliákra) gyártották: poliimid (KAPTON®), szilikongumi, polietilén-naftalát. Ezeket az érzékelőket vagy elasztikus poliészter hevederre vagy rugalmatlan nylon pántra kell felszerelni. Az egyetlen anyag, amely közvetlenül érintkezik a bőrrel, a nylon/poliészter szalag és a szilikon vagy a KAPTON. A pántot a középső rész körül kell viselni, ahol az átmérő tényleges növekedése és csökkenése a maximális belégzéskor, illetve kilégzéskor. Az érzékelőhöz vezető összes vezeték kereskedelemben kapható szigetelt réz/nikkel kábel lesz.

1.3.1 Eljárás a tesztalany bevonásával:

1. A rugalmas/nylon pántot az alany az alhas körül fogja viselni, ahogy az a 2. ábrán látható.

   2. ábra: A légzésérzékelő felszerelési stratégiája a valós idejű légzési erőkifejtés jelek gyűjtéséhez

2. Az alanynak a következő légzési mintákat kell végrehajtania:

1. Rövid, sekély lélegzet. 2. Mély levegőt vesz. 3. Mély belélegzés után tartsa vissza a lélegzetet. 4. Mély kilégzés után tartsa vissza a lélegzetet. 5. Normál lélegzetvételek különböző intervallumok után, 1 másodperctől 10 másodpercig.

A fenti, különböző légzési mintákat magában foglaló tesztek kimerítő jellegűek a gyakorlatilag megfigyelt légzési minták tekintetében. Ezek a feltételek átfogóan lefedik a 2. fejezet kezdeti részében leírt fizikai állapotokat (fekvés, ülő, álló, járás, mérsékelt testmozgás). A jelfelvétel időtartama szubjektív a kalibrációs kísérlettől vagy a vizsgált hipotézistől.

Ennek az érzékelőnek a szabványosításához egyidejűleg egy kereskedelemben kapható légzésérzékelőt is felszerelnek, és a méréseket összehasonlítják.

1.4 Testhőmérséklet-érzékelő: Ez az érzékelő a testhőmérséklet mérésére szolgál a bőrön. A légzésérzékelőhöz hasonlóan az eszköz áramköre rugalmas hordozón lesz. Az egyetlen anyag, amely a kísérleti alany bőrével érintkezik, a KAPTON® lesz. Az érzékelőt úgy csomagolják, hogy elektromosan szigetelje el az alany testétől. Az érzékelőhöz vezető összes vezeték kereskedelemben kapható szigetelt réz/nikkel kábel lesz.

1.4.1 Eljárás a tesztalany bevonásával:

1. Az érzékelőt a tesztalany oldalára, a hónalj alá kell helyezni (axiális hőmérséklet esetén), a mellkasra, a szegycsont felett, a hátára vagy az arcra, a 3. ábrán látható módon.

2. Arra is felkérjük az alanyt, hogy viseljen a kereskedelemben kapható száraz hőmérséklet-érzékelőt a bőrén a 3. ábrán megjelölt területeken.

   3. ábra: A hőmérséklet-érzékelő felszerelési stratégiája valós idejű jelgyűjtéshez.

3. A leolvasások beltéri és kültéri környezetben történnek.
4. Az adatgyűjtés akkor történik, amikor az alany a 2. részben említett fizikai állapotában (fekvés, ülő, álló, járás, mérsékelt testmozgás) van.

1.5 Vérnyomás és pulzusszám érzékelő: Ez az érzékelő az artériás vérnyomás és pulzusszám, szívhang és vér oxigénszint mérésére szolgál nem invazív módon. Az eszköz áramköre MEMS mikrofonból, piezoelektromos vagy optoelektronikus átalakító(k)ból áll, amelyek poliimid (KAPTON®) vagy poliészter fóliára vannak szerelve. Az optoelektronikai alkatrészek energiadisszipciója kevesebb, mint 0,5 Watt. A MEMS mikrofon egy polcról kapható elektronikus alkatrész, amely 1,8–3,3 V feszültséggel működik, és 180–250 µA feszültséggel működik. Ez a film érintkezésbe kerül a tesztalany bőrével. Az érzékelőt az alany bal alkarjára, szegycsontjára vagy hátára kell felszerelni, a 4. ábrán látható módon. Az érzékelő elektromosan el lesz szigetelve az alany testétől. Az érzékelőhöz vezető összes vezeték kereskedelemben kapható szigetelt réz/nikkel kábel lesz.

1.5.1 Eljárás a tesztalany bevonásával:

1. A vizsgálat megkezdése előtt szabványos pulzusszámot, vérnyomást és véroxigénszintet mérnek a kereskedelmi forgalomban kapható pulzoximéter és vérnyomásmérő mandzsetta segítségével.

2. A vérnyomás-, szívhang- és pulzusszám-érzékelőket az alany bal alkarjára, szegycsontjára vagy hátára kell felszerelni (4. ábra).

   4. ábra: Stratégia a vérnyomás- és pulzusmérő rendszer felszereléséhez

3. A pulzus, a vér oxigénszintje, a szívhang és a vérnyomás adatok rögzítésre kerülnek, amíg az alany fizikai állapotban van (fekvés, ülő, álló, járás, mérsékelt testmozgás).
4. A teszt során az alanynak a kereskedelmi forgalomban kapható pulzoximétert kell viselnie a pulzusszám és a vér oxigénszintjének valós idejű összehasonlításához.

1.6 Bioimpedancia mérés száraz elektródákkal

1. Üljön kényelmesen az ágyon vagy a széken
2. Jelölje meg az elektródák helyzetét a bőrön
3. Helyezze az elektródákat a bőrre egy merevítővel
4. A kísérlet elrendezésétől függően a tesztalany felveheti az említett fizikai állapotokat (fekvés, ülő, álló, járás, mérsékelt testmozgás).
5. A teszt tipikus időtartama 15 perctől 12 óráig tart
6. A valós idejű bioimpedanciaméréshez az elektródák helyzete a tesztalanyon az 5. ábrán látható.
7. A bioimpedancia mérése 4 bőrre helyezett elektróda használatával történik, az 5. ábrán látható módon. A 30 kHz és 100 kHz között 1-5 mA (rms) modulált áramot vezetnek át az alany testén két 1,4 vagy 5,8 elektróda között, és az ebből eredő biopotenciálváltozást mérik két 2,3 vagy 4,6 elektróda között. A bioimpedanciát egy konverziós áramkör méri, amely a vezeték nélküli adatkommunikációs rendszer része. Hasonló 4 elektródát helyeznek el az alany testének karján, homlokán, nyakán, törzsén vagy lábán, a vizsgálat célja alapján.

1.7 Szívhang-mérés szívhang-érzékelővel

1. Üljön kényelmesen az ágyon vagy a széken
2. Jelölje meg az elektródák helyzetét a bőrön
3. Helyezze a szívhang-érzékelőt a bőrre egy merevítő segítségével
4. A kísérlet elrendezésétől függően a tesztalany felveheti az említett fizikai állapotokat (fekvés, ülő, álló, járás, mérsékelt testmozgás).
5. A teszt tipikus időtartama 15 perctől 12 óráig tart
6. A 9. szenzor helyzete a teszt alanyon valós idejű bioimpedanciaméréshez az 5. ábrán látható lesz.

5. ábra 1.8 EEG, EOG és EMG mérés száraz elektródákkal

1. Üljön kényelmesen az ágyon vagy a széken
2. Jelölje meg az elektródák helyzetét a bőrön
3. Helyezze az elektródákat a bőrre merevítővel vagy öntapadó tapaszokkal
4. A teszt során az alanynak szem- és állkapocsmozgásokat kell végeznie, és csukott szemmel lazítani kell az érzékelőrendszer kalibrálása céljából.
5. A kísérlet elrendezésétől függően a tesztalany felveheti az említett fizikai állapotokat (fekvés ébren, fekvő alvás, jobb és bal oldalsó ébrenlét, jobb és bal oldalsó alvás, ülés, állás, járás).
6. A teszt tipikus időtartama 15 perctől 12 óráig tart
7. A valós idejű EEG, EOG, EMG mérés elektródáinak helyzete a tesztalanyon a 6. ábrán látható. Ahol az EEG elektródákat a homlok régióra (sávra) helyezik, az EOG elektródákat a szem(ek) körül helyezik el, referenciaelektródával a mastoid csonton mindkét oldalon, és EMG elektródapárral (2 elektróda egymástól legalább 2 mm távolságra) az állon. .

6. ábra 1.9 Gyorsulás- és forgásérzékelő szenzor az alanyok aktivitásának mérésére (aktigráfia)

1. Üljön kényelmesen az ágyon vagy a széken
2. Helyezze a gyorsulás- és forgásérzékelő érzékelőt a bőrre egy merevítő segítségével
3. A kísérlet elrendezésétől függően a tesztalany felveheti az említett fizikai állapotokat (fekvés, ülő, álló, járás, mérsékelt testmozgás).
4. A teszt tipikus időtartama 15 perctől 12 óráig tart
5. Az érzékelő helyzete a tesztalanyon a valós idejű aktivitásméréshez a 7. ábrán látható.

7. ábra