Abstract
Мониторинг Потливость может быть использован для обнаружения определенных заболеваний, таких как терморегуляция и психических расстройств, особенно когда пациенты не знают о таких расстройств или испытывают трудности, выражающую их симптомы. До сих пор несколько устройств для мониторинга потоотделения не были разработаны; Тем не менее, такие устройства, как правило, имеют относительно большой внешний вид, значительное потребление энергии, и / или меньшую чувствительность.
В последнее время мы разработали небольшое, беспроводное устройство для мониторинга потоотделения. Устройство состоит из / относительной влажности температуры (/ RH T) датчик, с батарейным питанием регистратор данных о малых и силикагель в качестве десиканта в небольшой цилиндрической наружной. Датчик Т / RH помещается между окнами обнаружения (через которые водяной пар от кожи поступает) и силикагель. Основной принцип устройства контроля потоотделения основан на законе диффузии Фика, что означает, что потока водяного пара FПЗУ кожу на силикагеле (т.е. трансэпидермальный потери воды и потоотделения) могут быть захвачены изменением влажности на датчике Т / RH. Кроме того, базовый метод вычитания был принят, чтобы отличить потоотделения и трансэпидермальную потерю воды.
Как показано в предыдущем докладе, разработанное устройство может контролировать потоотделения на любых участках тела в легкой, беспроводным способом. Однако детальные методы, как использовать устройство до сих пор не раскрыты. В этой статье, поэтому мы хотели бы показать точку за точкой учебники о том, как использовать устройство для контроля потоотделения, показывая тест активности симпатической нервной системы с симпатической мониторинга реакции кожи в качестве примера.
Introduction
Человеческого пота, как правило , известный как "потеть" это не просто механизм терморегуляции 1, но это также связано с определенными видами заболеваний. Этиология аномальной потоотделения широк, в том числе: термоплегия, гипер- или гипотиреоза 2, инфаркт головного мозга 3, сахарный диабет 4, Dysautonomia 5, менопауза (известный как "горячая вспышка") 6, муковисцидоз 7, болезнь Паркинсона 8, и социальный тревожное расстройство 9. В свете ряда заболеваний , связанных с потоотделения, было сочтено полезным , чтобы отслеживать уровень пота для ранней диагностики или прогнозирования таких заболеваний (например, предотвращение теплового удара) в повсеместной образом 10.
К настоящему времени были предложены лишь небольшое количество устройств для контроля потоотделения. В первые дни, проводимость кожи и относительной влажности воздуха были использованы для косвенного Indices от количества пота 11,12. Совсем недавно, несколько видов гибких, носимых датчиков для мониторинга потоотделения были предложены 13-19, хотя они предназначены для анализа поте электролитов , а не от количества или временной паттерн потоотделения. Расчет диффузии паров воды была использована для более количественного метода мониторинга водообмена из кожи 20-23. Тем не менее, это требует (1) предположение о том, что внешняя атмосфера еще и постоянная 20, (2) достаточной чувствительности , чтобы обнаружить естественный поток водяного пара 21,22, или (3) хладагента (например, Пельтье устройство , которое потребляет значительное количество электроэнергии) для конденсации водяного пара к жидкости 23; Таким образом, они могут быть трудным для ежедневного и долгосрочного мониторинга. В качестве альтернативы, вентилируемый метод камера была разработана 20,24,25. В вентилируемом камерным методом, сухим азотом или осушенный воздухинфильтрирована в небольшой камере, примыкающей к коже из резервуара газообразного азота или насос, и газ в водяной пар испаряется из кожи собирают. Количество водяного пара из кожи можно вычислить из разности влажности в выпускной и впускные газы. Хотя этот метод может оценить количество потоотделения очень точно, газовый баллон с азотом или механический насос, как правило, достаточно большой, чтобы препятствовать ежедневный мониторинг.
Для устранения этих недостатков, в последнее время мы разработали новое устройство для мониторинга потовыделение, в котором закрытая камера с осушителем приводом насильственного потока водяного пара, включен чувствительный и долгосрочный мониторинг 26. Это устройство состоит из цилиндрической формы из пластика внешний вид, температура / относительная влажность (T / RH) датчика с микропроцессором записи и силикагель (рисунок 1). В принципе, внешняя атмосфера не должна мешать потоку водяного пара и охлаждающей жидкости или ventilatinг камеры не требуется. Профили Потливость может быть получено путем решения уравнений с помощью электронных таблиц программного обеспечения 26. Предыдущее исследование только показал принцип разработанного устройства и опустили детальный метод для того, как использовать устройство из-за ограниченности пространства.
Цель этой статьи, таким образом, чтобы показать подробный способ, как использовать разработанное устройство для контроля потоотделения, показывая запись стресс-индуцированной ладонной потоотделения во время испытания симпатической активности в качестве примера.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
ПРИМЕЧАНИЕ: Устройство, в том числе метод анализа, покрывается публикации заявки на патент Японии № 2011-169881 и патенте Японии № 5708911. Это исследование, в том числе протокол эксперимента с человеческими субъектами, был утвержден Medical Комитет по этике университета Канадзава (# 553-1).
1. Предпосылки для устройства Потливость мониторинга
Примечание: Выполните следующие действия только один раз перед первым использованием.
- Установка универсальной последовательной шины (USB) -serial драйверы интерфейса преобразования порта в компьютере 27. Если драйверы уже установлены, пропустите этот шаг.
- Подключите USB-последовательный интерфейс преобразования порт к компьютеру с помощью кабеля USB. Дождитесь автоматической установки драйверов, если таковые имеются.
- Установите параметры интерфейса преобразования и проверить идентификационный номер последовательного порта следующим образом.
- Откройте диспетчер устройств и выберите [View]→ [Устройства по типу].
- Найдите "Порты (COM и LPT)" заголовок, и разверните раздел, чтобы найти заголовок, содержащий "CP210x USB к UART Bridge" в списке.
- Запомни идентификационный номер порта (например, "COM5") в "CP210x USB в UART Bridge" заголовок.
- Дважды щелкните на "CP210x USB в UART Bridge" и откройте вкладку "Параметры порта".
- Установите параметры следующим образом: "бит в секунду" = 9600, "Биты данных" = 8, "Паритет" = "None", "стоп битов" = 1, и "Управление потоком" = "нет".
- Нажмите кнопку "OK", чтобы закрыть окно, и закройте диспетчер устройств.
2. настройки устройства Потливость мониторинга
ПРИМЕЧАНИЕ: Установите параметры записи следующим образом перед использованием устройства. Повторите эти действия для каждого устройства, если несколько устройств, которые будут использоваться.
- Убедитесь, что батарея не вставлена в устройство контроля потоотделения.
- Подключите белый разъем USB-последовательный интерфейс преобразования порта в приемник в верхней части контрольного устройства потоотделения.
- Выполните программное обеспечение для записи потовыделение, а затем, установив параметры устройства следующим образом.
- Откройте вкладку "Параметры".
- Установите "COM" номер для идентификационного номера последовательного порта (см шаг 1.3.3).
- Нажмите на кнопку "Подтвердить соединение". Проверьте, если появится сообщение "Connected ...".
- В настройках "Папка данных файла", выберите диск и выберите папку, в которой будут сохранены данные потоотделения. Чтобы выбрать вложенную папку, дважды щелкните папку, чтобы открыть.
- Установите "Количество отверстий" на "4."
- Откройте вкладку "Мера & Rec", и установите "временной интервал" до требуемого времени выборки.
- Вставьте войлокаERy к устройству контроля потоотделения.
- Заполните устройство с сухим силикагелем (цвет должен быть синим или зеленым, если индикатор цвет имеющийся), и закройте крышку. Если крышка не закрывается полностью, уменьшить количество силикагеля.
- Нажмите кнопку "Начать запись" Теперь в программном обеспечении для записи потоотделения.
Примечание: Поскольку запись потовыделение начинается сразу после отключения, устройство контроля потоотделения может оставаться на связи, пока контроль не должен быть запущен.
3. Установка для измерения сочувственный отклик кожи (SSR)
Примечание: Эти шаги предназначены для контроля симпатические деятельности как ладонной ССР, и не обязательно требуется для самого мониторинга потоотделения. ССР является изменение потенциала кожи в соответствии с симпатической стимуляции возбуждения , таких как расстройство и концентрации 28,29.
- Очисти кожу, где SSR должна быть записанас тампоном, смоченным спиртом.
- Помещенный анод, катод и электрод заземления на ладони, тыльной стороной ладони и запястья, соответственно, с помощью электродной пасты. Закрепить электроды с медицинской лентой.
- Установить условия инструментального усилителя, поворачивая соответствующие ручки усилителя следующим образом: Чувствительность = 1 мВ / В, High Cut фильтр ( "HI CUT") = 3 кГц, а Низкочастотный фильтр ( "LO CUT") = 0,5 Гц.
- Выполните программное обеспечение для записи SSR, и начать запись с частотой дискретизации 200 Гц, нажав на кнопку "Пуск измерения" в программном обеспечении.
4. Запись потоотделения
- Помещенный медицинскую двухстороннюю ленту на нижней стороне устройства контроля потоотделения. При установке кассеты, убедитесь , что окна измерения (то есть четыре отверстия в нижней части устройства) не засорены.
- Отключите устройство контроля потоотделения от USB-порта последовательного удобстrsion интерфейс. Сразу же после отключения, наблюдать за мониторинг потовыделение начинается автоматически. Убедитесь, что светодиодный индикатор мигает.
- Удалите покровную пленку медицинской двухсторонней ленты, и поместите устройство контроля потоотделения на коже, где пот будет контролироваться.
- Подождите 10 минут для стабилизации диффузии водяного пара.
Примечание: Хотя этот процесс не может контролироваться, предыдущее исследование подтвердило , что ожидание в течение 10 мин достаточно для стабильного мониторинга 26. - Начало экспертизы (например, тест - симпатической активности).
- После осмотра, удалите устройство контроля потоотделения из кожи. Чтобы остановить запись SSR, нажмите кнопку "Стоп" Измерение в программе записи ССР, и удалить все электроды из кожи.
5. Потливость анализ
- Подключите устройство контроля потоотделения к USB-порту последовательного преобразования interfaCE (как на шаге 2.2).
- Выполнить программное обеспечение для мониторинга потоотделения.
- Откройте вкладку "Настройки" и нажмите кнопку "Подтвердить соединение".
- Откройте вкладку "Мера & Rec", и нажмите кнопку "Загрузить", чтобы сохранить исходные данные устройства в указанной папке (см шаг 2.3.4).
- Выполнить анализ потоотделения следующим образом.
- Откройте вкладку "Анализ" и выберите "Считать данные файла." Обратите внимание на "Открыть файл" диалоговое окно. Выберите сохраненный файл в шаге 5.4, а затем нажмите кнопку "Открыть".
Примечание: Программное обеспечение автоматически выполняет анализ потоотделения на основе опубликованной метода 26, и результаты будут появляться на экране. В то же время, данные потоотделения как разделенных запятыми формат значения будут сохранены в той же папке.
- Откройте вкладку "Анализ" и выберите "Считать данные файла." Обратите внимание на "Открыть файл" диалоговое окно. Выберите сохраненный файл в шаге 5.4, а затем нажмите кнопку "Открыть".
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
С помощью этого нового устройства для контроля потоотделения (рисунок 1) и расчета на основе закона в Фика, временные профили потоотделения могут быть получены в легкой, беспроводным способом. На рисунке 2 показаны репрезентативные данные беспроводного мониторинга потоотделения во время испытания симпатической активности. В эксперименте, устройство для контроля потоотделения, наряду с электродами для симпатической реакции кожи (SSR) мониторинга, был прикреплен к ладони испытуемого. Для испытания активности симпатической нервной системы , предметом было предложено , чтобы сидеть и выполнять следующие задачи: (1) принять глубокий вдох 5 раз с интервалом в 1 мин, и (2) сделать умственное вычисление (например, непрерывно вычесть 7 из 100, или "Flash Anzan", в котором участник резюмирует число отображается один за другим на экране компьютера), чтобы вызвать симпатической активности. Пот и ССР были сим ultaneously записан во время стрессовых условиях. В результате глубокого вдоха и умственного расчета, симпатическая активность индуцированных ладонной потоотделения может быть измерена с помощью разработанного устройства. На рисунке 3 показана репрезентативные данные измерений многоточечной во время повседневной деятельности. Около 1 часа записи потоотделения на ладони (эмоциональная потоотделения) и передней грудной клетки (термическое потоотделение) показали различные модели в соответствии с деятельностью.
Рисунок 1: Новое устройство для мониторинга потоотделения (A) Внешний вид устройства , содержащего сухой силикагель.. (B, C) "пончика" двухсторонняя лента Использованный в данном исследовании , и его крепления к устройству. (D) Присоединение устройства к коже.ом / файлов / ftp_upload / 54837 / 54837fig1large.jpg "целевых =" _blank "> Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рисунок 2: Представитель записи потоотделения Под симпатической Теста активность (А) Присоединение устройства контроля потоотделения с симпатической реакции кожи (SSR) электроды на ладони.. (Б) В результате испытания симпатической активности, ладонной потоотделения наряду с реакцией SSR наблюдалась в ответ на симпатической деятельности. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
Рисунок 3:
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Цель данной статьи состоит в том, чтобы ввести использование романа, беспроводное устройство контроля потоотделения. В связи с недавним прогрессом техники, были предложены более точные, простые в обращении методы временного мониторинга потоотделения; вентилируемый метод камеры 24,25 и метод диффузии 23 давления паров являются характерными примерами. Тем не менее, вентилируемый метод камера требует использования сухого азота или насос с осушителем с образованием сухой атмосфере, и, таким образом, внешний вид имеет тенденцию к увеличению. Метод диффузии давление пара может быть принята в небольшой внешний вид, хотя и открытая система камера может быть в значительной степени зависит от внешней атмосферы, и закрытая система камера имеет проблемы с либо насыщению водяным паром (камера заполнена насыщенным водяным паром ) или значительное потребление энергии конденсатора водяного пара (например, Пельтье устройство).
Для решения этой ситуации, мынедавно разработали новый беспроводное устройство для мониторинга 26 потоотделения. В устройстве, водяной пар из кожи могут быть захвачены осушителем, позволяя постоянный, но естественный поток. В ходе талевого водяного пара, датчик Т / RH захватывает поток водяного пара в качестве изменения температуры и относительной влажности. Вычислив таких изменений согласно закону Фика, мы могли бы оценить временные изменения количества потоотделения (мг / см 2 / мин) с <5% погрешности, по отношению к обычным вентилируемом методом 26 камеры. Разработанное устройство может быть использовано, например, для мониторинга психического напряжения (рисунок 2), термическое потоотделение, и в конечном счете потоотделения , связанные с дисрегуляцию более простым способом.
Разработанный прибор прост в обращении, и таким образом, есть несколько моментов, которые необходимо учитывать. Однако измерение потоотделения потерпит неудачу, если силикагель не сухой. Таким образом, до начала эксперимента,0, то эксперт должен убедиться , что силикагель полностью высохнет (т.е. цвет синий). Предыдущее исследование оценило максимальную продолжительность измерения будучи больше , чем 4 ч без изменения геля 26 диоксида кремния. Для того, чтобы повторно Неумолимая силикагель, высушить в сушильном шкафу, пока цвет не станет синим. Обычной микроволновой печи также полезно. Измерения потоотделения также потерпит неудачу, если присоединение устройства не является достаточным. Мы рекомендуем использовать в "форме пончика" двухсторонней ленты.
Тем не менее, разработанное устройство имеет ограничение. Из-за деликатного расчета и предел осушителем поглощательной, погрешность количество потоотделения следует учитывать, особенно на более высоком уровне потоотделения. Несмотря на то, мы подтвердили , частоту ошибок как <5% по сравнению с обычным способом 26, абсолютная величина расчетного значения потоотделения следует обращаться с осторожностью,
Благодаря небольшому, простой и беспроводной дизайн устройства, контроль многоточечной потоотделения при неограниченных условиях может оказаться невозможным. Как показано на рисунке 3, различные временные профили потоотделения могут быть обнаружены на различных позициях кожи (то есть ладони и передней грудной клетки) в повседневных условиях жизни (например, говорить, есть пищу, за рулем автомобиля, магазины и т.д.) . , Устройство, таким образом, может быть использовано для одновременного обнаружения аномальных потливостью, полученных как от психического и тепловой регуляторной неисправности системы. Например, нарушение регуляции периферической нервной системы у больных сахарным диабетом могут быть обнаружены, если несбалансированный потение между левым и правым подошвах должны были быть обнаружены. В настоящее время мы планируем обсервационное исследование профилей потоотделения у госпитализированных больных в качестве клинического эксперимента.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Required for perspiration monitoring | |||
| Perspiration monitoring device | Rousette Strategy Inc. | SNT-200 | |
| USB-serial port conversion interface | Rousette Strategy Inc. | UUI-200 | |
| Perspiration recording software | Rousette Strategy Inc. | TED99 | |
| Silica gel | Wako Pure Chemical Industries Ltd. | 194-16665 | Type A silica gel should be used. |
| Medical double-sided tape | 3M | 2181 | Medical grade is recommended because of the attachment to the skin. |
| Computer | Requires Windows operating system. | ||
| Name | Company | Catalog | Comments |
| Required for the monitoring of sympathetic skin response | |||
| Instrumentation amplifier | Nihon Kohden Corp. | AB-611J | |
| Amplifier chassis | Nihon Kohden Corp. | MEG-6108 | |
| Input box | Nihon Kohden Corp. | JB-610B | |
| Alcohol swab | Suzuran Sanitary Goods Co., Ltd. | 4545766050846 | |
| Electrodes | Nihon Kohden Corp. | NE-114A | |
| Electrode paste | Nihon Kohden Corp. | Z-401CE | |
| Medical tape | Nichiban Co., Ltd. | SG257 | |
| Analog signal interface | Micro Science K.K. | C BOX-014 | |
| Analog-to-digital converter | Micro Science K.K. | ADM-686PCI | |
| SSR recording software | Matsuyama Advance Co., Ltd. | LaBDAQ2000 |
References
- Hardy, J. D.
- Niepomniszcze, H., Amad, R. H.
- Korpelainen, J. T., Sotaniemi, K. A., Myllyla, V. V. Hyperhidrosis as a reflection of autonomic failure in patients with acute hemispheral brain infarction. An evaporimetric study. Stroke. 23 (9), 1271-1275 (1992).
- Fealey, R. D., Low, P. A., Thomas, J. E. Thermoregulatory sweating abnormalities in diabetes mellitus. Mayo Clin Proc. 64 (6), 617-628 (1989).
- Leung, A. K., Chan, P. Y., Choi, M. C.
- Kronenberg, F., Cote, L. J., Linkie, D. M., Dyrenfurth, I., Downey, J. A. Menopausal hot flashes: thermoregulatory, cardiovascular, and circulating catecholamine and LH changes. Maturitas. 6 (1), 31-43 (1984).
- Gibson, L. E., Cooke, R. E. A test for concentration of electrolytes in sweat in cystic fibrosis of the pancreas utilizing pilocarpine by iontophoresis. Pediatrics. 23 (3), 545-549 (1959).
- Swinn, L., et al.
- Davidson, J. R., Foa, E. B., Connor, K. M., Churchill, L. E.
- Gun Park, D., Chul Shin, S., Won Kang, S., Tae Kim, Y. Development of flexible self adhesive patch for professional heat stress monitoring service. Conf. Proc. IEEE Eng. Med. Biol. Soc. 4, 3789-3792 (2005).
- Pickup, J. C. Preliminary evaluation of a skin conductance meter for detecting hypoglycemia in diabetic patients. Diabetes Care. 5 (3), 326-329 (1982).
- Stenstrom, S. J. A study on skin humidity in leprosy patients using a new type of humidity meter. Int. J. Lepr. Other Mycobact. Dis. 52 (1), 10-18 (1984).
- Monty, C. N., Wujcik, E. K., Blasdel, N. J. Flexible Electrode for Detecting Changes. in Temperature, Humidity, and Sodium Ion Concentration in Sweat. , US patent US 2013/0197319 A1 (2013).
- Wujcik, E. K., Blasdel, N. J., Trowbridge, D., Monty, C. N. Ion Sensor for the Quantification of Sodium in Sweat Samples. IEEE Sens. J. 13 (9), 3430-3436 (2013).
- Blasdel, N. J., Wujcik, E. K., Carletta, J. E., Lee, K. S., Monty, C. N. Fabric Nanocomposite Resistance Temperature Detector. IEEE Sens. J. 15 (1), 300-306 (2015).
- Jia, W., et al. Electrochemical tattoo biosensors for real-time noninvasive lactate monitoring in human perspiration. Anal. Chem. 85 (14), 6553-6560 (2013).
- Huang, X., et al. Stretchable, wireless sensors and functional substrates for epidermal characterization of sweat. Small. 10 (15), 3083-3090 (2014).
- Rose, D. P., et al. Adhesive RFID Sensor Patch for Monitoring of Sweat Electrolytes. IEEE Trans. Biomed. Eng. 62 (6), 1457-1465 (2015).
- Gao, W., et al. Fully integrated wearable sensor arrays for multiplexed in situ perspiration analysis. Nature. 529 (7587), 509-514 (2016).
- Nilsson, G. E. Measurement of water exchange through skin. Med. Biol. Eng. Comput. 15 (3), 209-218 (1977).
- Tagami, H., Kobayashi, H., Kikuchi, K. A portable device using a closed chamber system for measuring transepidermal water loss: comparison with the conventional method. Skin Res. Technol. 8 (1), 7-12 (2002).
- Nuutinen, J., et al. A closed unventilated chamber for the measurement of transepidermal water loss. Skin Res. Technol. 9 (2), 85-89 (2003).
- Imhof, R. E., De Jesus, M. E., Xiao, P., Ciortea, L. I., Berg, E. P. Closed-chamber transepidermal water loss measurement: microclimate, calibration and performance. Int. J. Cosmet. Sci. 31 (2), 97-118 (2009).
- Sakaguchi, M., Ono, N., Ohhashi, T. A new skin moisture meter using absolute hygrosensor. Tech. Rep. IEICE. 98 (309), 43-47 (1998).
- Sakaguchi, M., et al. Development of the new ventilation capsule type sweating-evaporation ratemeter - measurements of local sweating rates and evaporation rates. Tech. Rep. IEICE. 106 (253), 65-68 (2006).
- Ogai, K., Fukuoka, M., Kitamura, K., Uchide, K., Nemoto, T. Development of a small wireless device for perspiration monitoring. Med. Eng. Phys. 38 (4), 391-397 (2016).
- Silicon Labs. , CP210x USB to UART Bridge VCP Drivers (2016).
- Claus, D., Schondorf, R. Sympathetic skin response. Recommendations for the Practice of Clinical Neurophysiology Guidelines of the International Federation of Clinical Physiology (EEG Suppl. 52). Deuschl, G., Eisen, A. , Chapter 7.1 277-282 (1999).
- Emad, M., Roshanzamir, S., Dabbaghmanesh, A., Ghasempoor, M. Z., Eivazlou, H. Inclusion of Height and Limb Length when Interpreting Sympathetic Skin Response. Iran J Med Sci. 41 (1), 48-52 (2016).
