Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Szczegółowy protokół monitorowania pocenia się za pomocą nowatorskiego, małego, bezprzewodowego urządzenia

7.5K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/54837

⸱

24 listopada 2016

 ,  ,  ,  , 
1Wellness Promotion Science Center, Institute of Medical, Pharmaceutical and Health Sciences, Kanazawa University, 2Advanced Research Center for Human Sciences, Waseda University, 3Department of Clinical Laboratory Science, Graduate School of Medical Science, Kanazawa University, 4Asanogawa General Hospital

W tym artykule

Podsumowanie

Niedawno opracowaliśmy małe bezprzewodowe urządzenie do monitorowania pocenia się. W tym artykule przedstawiamy szczegółowe protokoły korzystania z urządzenia do monitorowania pocenia się na przykładzie testu aktywności współczulnej.

Streszczenie

Monitorowanie pocenia się może być wykorzystane do wykrywania niektórych chorób, takich jak termoregulacja i zaburzenia psychiczne, szczególnie gdy pacjenci nie są świadomi takich zaburzeń lub mają trudności z wyrażaniem swoich objawów. Do tej pory opracowano kilka urządzeń do monitorowania pocenia się; Jednak takie urządzenia mają zwykle stosunkowo dużą obudowę, znaczne zużycie energii i/lub mniejszą czułość.

Ostatnio opracowaliśmy małe, bezprzewodowe urządzenie do monitorowania pocenia się. Urządzenie składa się z czujnika temperatury/wilgotności względnej (T/RH), małego rejestratora danych zasilanego bateryjnie oraz żelu krzemionkowego jako środka osuszającego w małej cylindrycznej obudowie. Czujnik T/RH umieszcza się pomiędzy okienkami detekcyjnymi (przez które dostaje się para wodna ze skóry) a żelem krzemionkowym. Podstawowa zasada działania urządzenia do monitorowania pocenia się opiera się na prawie dyfuzji Ficka, co oznacza, że strumień pary wodnej ze skóry do żelu krzemionkowego (tj. przeznaskórkowa utrata wody i pot) może być wychwytywany przez zmianę wilgotności w czujniku T/RH. Ponadto przyjęto podstawową metodę odejmowania w celu odróżnienia potu i przeznaskórkowej utraty wody.

Jak wykazano w poprzednim raporcie, opracowane urządzenie może monitorować pocenie się w dowolnych miejscach ciała w łatwy, bezprzewodowy sposób. Jednak szczegółowe metody korzystania z urządzenia nie zostały jeszcze ujawnione. Dlatego w tym artykule chcielibyśmy pokazać krok po kroku samouczki, jak używać urządzenia do monitorowania potu, pokazując jako przykład test aktywności współczulnej z monitorowaniem współczulnej odpowiedzi skórnej.

Wprowadzenie

Ludzkie pocenie się, ogólnie znane jako "pocenie się", to nie tylko mechanizm termoregulacji1, ale także związane z pewnymi rodzajami chorób. Etiologia nieprawidłowego pocenia się jest szeroka i obejmuje: udar cieplny, nadczynność lub niedoczynność tarczycy2, zawał mózgu3, cukrzycę4, dysautonomię5, menopauzę (znaną jako "uderzenia gorąca")6, mukowiscydozę7, chorobę Parkinsona 8 i zaburzenie lęku społecznego9. Biorąc pod uwagę liczbę chorób związanych z poceniem się, uznano, że korzystne jest monitorowanie częstości pocenia się w celu wczesnej diagnozy lub przewidywania takich chorób (np. zapobiegania udarowi cieplnemu) w powszechny sposób10.

Do tej pory zaproponowano tylko niewielką liczbę urządzeń do monitorowania pocenia się. Na początku przewodnictwo skóry i wilgotność względna były używane jako pośrednie wskaźniki ilości pocenia się11,12. Ostatnio zaproponowano kilka rodzajów elastycznych, ubieralnych czujników do monitorowania pocenia się13-19, chociaż są one przeznaczone do analizy elektrolitów w pocie, a nie ilości lub czasowego wzorca pocenia się. Obliczenia dyfuzji pary wodnej zostały wykorzystane do bardziej ilościowej metody monitorowania wymiany wody ze skóry20-23. Wymaga to jednak (1) założenia, że atmosfera zewnętrzna jest nieruchoma i stała20, (2) wystarczającej czułości do wykrycia naturalnego przepływu pary wodnej21,22, lub (3) chłodziwa (np. urządzenia Peltiera, które zużywa znaczną ilość energii elektrycznej) do skondensowania pary wodnej do cieczy23; W związku z tym mogą być trudne do codziennego i długoterminowego monitorowania. Jako alternatywę opracowano metodę komory wentylowanej20,24,25. W metodzie komory wentylowanej suchy azot lub osuszone powietrze jest infiltrowane do małej komory przylegającej do skóry ze zbiornika azotu lub pompy, a gaz w parze wodnej odparowanej ze skóry jest zbierany. Ilość pary wodnej ze skóry można obliczyć na podstawie różnicy wilgotności w gazach wylotowych i wlotowych. Chociaż ta metoda może bardzo precyzyjnie oszacować ilość potu, zbiornik azotu lub pompa mechaniczna są na ogół wystarczająco duże, aby utrudnić codzienne monitorowanie.

Aby rozwiązać te problemy, niedawno opracowaliśmy nowatorskie urządzenie do monitorowania pocenia się, w którym zamknięta komora z wymuszonym przepływem pary wodnej napędzanym środkiem osuszającym umożliwiła czułe i długoterminowe monitorowanie26. To urządzenie składa się z cylindrycznej obudowy z tworzywa sztucznego, czujnika temperatury/wilgotności względnej (T/RH) z mikroprocesorem rejestrującym oraz żelu krzemionkowego (ilustracja 1). Zasadniczo atmosfera zewnętrzna nie powinna zakłócać przepływu pary wodnej, a komora chłodziwa lub wentylacji nie jest wymagana. Profile pocenia się można uzyskać, rozwiązując równania za pomocą arkusza kalkulacyjnego26. Poprzednie badanie wykazało jedynie zasadę działania opracowanego urządzenia i pominięto szczegółową metodę korzystania z urządzenia ze względu na ograniczenia przestrzenne.

Celem tego artykułu jest zatem pokazanie szczegółowej metody wykorzystania opracowanego urządzenia do monitorowania pocenia się, pokazując jako przykład zapis indukowanego stresem pocenia się dłoniowego podczas testu aktywności współczulnej.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

UWAGA: Urządzenie, w tym metoda analizy, jest objęte japońską publikacją niezbadanego zgłoszenia patentowego nr 2011-169881 oraz japońskim patentem nr 5708911. To badanie, w tym protokół eksperymentu z udziałem ludzi, zostało zatwierdzone przez Komisję Etyki Medycznej Uniwersytetu Kanazawa (#553-1).

1. Wymagania wstępne dla urządzenia monitorującego pocenie się

UWAGA: Wykonaj te kroki tylko raz przed pierwszym użyciem.

  1. Zainstaluj sterowniki interfejsu konwersji uniwersalnej magistrali szeregowej (USB) i portu szeregowegow komputerze 27. Jeśli sterowniki są już zainstalowane, pomiń ten krok.
  2. Podłącz interfejs konwersji portu szeregowego USB do komputera za pomocą USB. Poczekaj na automatyczną instalację sterownika, jeśli taka istnieje.
  3. Ustaw parametry interfejsu konwersji i sprawdź numer identyfikacyjny portu szeregowego w następujący sposób.
    1. Otwórz menedżera urządzeń i wybierz [Widok] → [Urządzenia według typu].
    2. Znajdź nagłówek "Porty (COM i LPT)" i rozwiń sekcję, aby znaleźć nagłówek zawierający "CP210x USB to UART Bridge" na liście.
    3. Zapamiętaj numer identyfikacyjny portu (np. "COM5") w nagłówku "CP210x USB to UART Bridge".
    4. Kliknij dwukrotnie "CP210x USB to UART Bridge" i otwórz zakładkę "Ustawienia portów".
    5. Ustaw parametry w następujący sposób: "Bity na sekundę" = 9600, "Bity danych" = 8, "Parzystość" = "Brak", "Bity stopu" = 1 i "Kontrola przepływu" = "Brak".
    6. Kliknij przycisk "OK", aby zamknąć okno i zamknij menedżera urządzeń.

2. Konfiguracja urządzenia monitorującego pocenie się

UWAGA: Ustaw ustawienia nagrywania w następujący sposób przed użyciem urządzenia. Powtórz te kroki dla każdego urządzenia, jeśli ma być używanych wiele urządzeń.

  1. Upewnij się, że bateria nie jest włożona do urządzenia monitorującego pocenie się.
  2. Podłącz białe złącze interfejsu konwersji portu szeregowego USB do gniazda w górnej części urządzenia monitorującego pocenie się.
  3. Uruchom oprogramowanie do rejestrowania potu, a następnie ustaw parametry urządzenia w następujący sposób.
    1. Otwórz zakładkę "Ustawienia".
    2. Ustaw numer "COM" na numer identyfikacyjny portu szeregowego (patrz krok 1.3.3).
    3. Kliknij przycisk "Potwierdź połączenie". Sprawdź, czy pojawia się komunikat "Połączono...".
    4. W ustawieniach "Folder pliku danych" wybierz dysk i wybierz folder, w którym zostaną zapisane dane dotyczące pocenia się. Aby wybrać podfolder, kliknij go dwukrotnie, aby go otworzyć.
    5. Ustaw "Liczba otworów" na "4".
  4. Otwórz zakładkę "Measure & Rec" i ustaw "Time Interval" na żądany czas próbkowania.
  5. Włóż baterię do urządzenia monitorującego pocenie się.
  6. Napełnij urządzenie suchym żelem krzemionkowym (kolor powinien być niebieski lub zielony, jeśli dostępny jest kolorowy wskaźnik) i zamknij pokrywę. Jeśli pokrywka nie zamyka się całkowicie, zmniejsz ilość żelu krzemionkowego.
  7. Kliknij przycisk "Rozpocznij rejestrowanie teraz" w oprogramowaniu do nagrywania potu.
    UWAGA: Ponieważ rejestracja pocenia się rozpoczyna się zaraz po odłączeniu, urządzenie do monitorowania pocenia się może pozostać podłączone do momentu rozpoczęcia monitorowania.

3. Konfiguracja do pomiaru reakcji skóry współczulnej (SSR)

UWAGA: Te kroki mają na celu monitorowanie aktywności współczulnej jako palmowy SSR i niekoniecznie są wymagane do monitorowania samego pocenia się. SSR to zmiana potencjału skóry w zależności od stymulacji pobudzenia współczulnego, takiej jak rozstrój i koncentracja28,29.

  1. Oczyść skórę w miejscu, w którym ma być zarejestrowany SSR, za pomocą wacika nasączonego alkoholem.
  2. Umieść anodę, katodę i elektrodę uziemiającą odpowiednio na dłoni, grzbiecie dłoni i nadgarstku za pomocą pasty do elektrod. Przymocuj elektrody taśmą medyczną.
  3. Ustaw warunki oprzyrządowania amplifier, obracając odpowiednie pokrętła amplifier w następujący sposób: Czułość = 1 mV/V, Filtr górnoprzepustowy ("HI CUT") = 3 kHz i Filtr górnoprzepustowy ("LO CUT") = 0.5 Hz.
  4. Uruchom oprogramowanie do nagrywania SSR i rozpocznij nagrywanie z częstotliwością próbkowania 200 Hz, klikając przycisk "Rozpocznij pomiar" w oprogramowaniu.

4. Zapis potu

  1. Umieść medyczną taśmę dwustronną na spodzie urządzenia do monitorowania pocenia się. Podczas zakładania taśmy należy upewnić się, że okienka pomiarowe (tj. cztery otwory w dolnej części urządzenia) nie są zasłonięte.
  2. Odłącz urządzenie monitorujące pocenie się od interfejsu konwersji portu szeregowego USB. Natychmiast po odłączeniu obserwuj, jak monitorowanie pocenia się rozpoczyna się automatycznie. Upewnij się, że dioda LED lamp.
  3. Usuń warstwę ochronną z medycznej taśmy dwustronnej i umieść urządzenie do monitorowania pocenia się na skórze, w której ma być monitorowane pocenie się.
  4. Odczekać 10 minut na ustabilizowanie się dyfuzji pary wodnej.
    UWAGA: Chociaż proces ten nie może być monitorowany, poprzednie badanie potwierdziło, że odczekanie 10 minut jest wystarczające do stabilnego monitorowania26.
  5. Rozpocznij badanie (np. test aktywności współczulnej).
  6. Po badaniu należy zdjąć ze skóry urządzenie monitorujące pocenie się. Aby zatrzymać zapis SSR, kliknij przycisk "Zatrzymaj pomiar" w oprogramowaniu do nagrywania SSR i usuń wszystkie elektrody ze skóry.

5. Analiza potu

  1. Podłącz urządzenie monitorujące pocenie się do interfejsu konwersji portu szeregowego USB (jak w kroku 2.2).
  2. Uruchom oprogramowanie do monitorowania pocenia się.
  3. Otwórz zakładkę "Ustawienia" i kliknij przycisk "Potwierdź połączenie".
  4. Otwórz zakładkę "Measure & Rec" i kliknij przycisk "Pobierz", aby zapisać surowe dane urządzenia w określonym folderze (patrz krok 2.3.4).
  5. Przeprowadź analizę potu w następujący sposób.
    1. Otwórz zakładkę "Analiza" i kliknij "Odczytaj plik danych". Obserwuj wyskakujące okienko "Otwórz plik". Wybierz zapisany plik w kroku 5.4, a następnie kliknij przycisk "Otwórz".
      UWAGA: Oprogramowanie automatycznie przeprowadza analizę potu w oparciu o opublikowaną metodę26, a wyniki pojawią się na ekranie. W tym samym czasie dane dotyczące pocenia się w formacie wartości oddzielonych przecinkami zostaną zapisane w tym samym folderze.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

Dzięki zastosowaniu tego nowatorskiego urządzenia do monitorowania potliwości (Rycina 1) oraz obliczeń opartych na prawie Ficka, profile potliwości w czasie można uzyskać w prosty sposób, bez użycia przewodów. Rycina 2 przedstawia reprezentatywne dane z bezprzewodowego monitorowania potliwości podczas testu aktywności współczulnej. W eksperymencie urządzenie do monitorowania potliwości wraz z elektrodami do monitorowania współczulnej reakcji skórnej (SSR)...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

Celem artykułu jest przybliżenie zastosowania nowatorskiego, bezprzewodowego urządzenia do monitorowania pocenia się. Ze względu na niedawny postęp inżynieryjny zaproponowano dokładniejsze, łatwiejsze w obsłudze metody monitorowania potu w czasie pracy; Reprezentatywnymi przykładami są metoda komory wentylowanej24,25 i metoda dyfuzji ciśnienia pary23 . Jednak metoda z wentylowaną komorą wymaga użycia suchego azotu lub pompy ze środkiem osuszającym w celu wytworzenia suchej atmosfery, a zatem zewnętr...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Autor Fukuoka Masakazu jest prezesem firmy Rousette Strategy Inc., w której zmontowano opracowane urządzenie. Nie otrzymano żadnego wsparcia finansowego ani od Fukuoka Masakazu, ani od Rousette Strategy Inc.

Podziękowania

Chcielibyśmy podziękować Panu Ryohei Suganuma i Pani Sakie Tachibana, którzy pomogli przeprowadzić badania. Badanie to było częściowo wspierane przez granty JSPS KAKENHI o numerach 15K20664, 24500848 i 21500405. Badanie to zostało również częściowo sfinansowane przez MEXT/JST Tenure Track Promotion Program. Część tego badania została oparta na japońskiej publikacji dotyczącej niezbadanego zgłoszenia patentowego nr 2011-169881 oraz japońskim patencie nr 5708911.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Wymagane do monitorowania
Urządzenie do monitorowania potuRousette Strategy Inc.SNT-200
Interfejs konwersji portu szeregowego USBRousette Strategy Inc.UUI-200
Oprogramowanie do nagrywania potuRousette Strategy Inc.TED99
Żel krzemionkowyWako Pure Chemical Industries Ltd.194-16665Należy stosować żel krzemionkowy typu A.
Medyczna taśma dwustronna3M2181klasy medycznej jest zalecana ze względu na mocowanie do skóry.
KomputerWymaga systemu operacyjnego Windows.
NazwaFirmaKatalogKomentarze
Wymagane do monitorowania reakcji skóry współczulnej
Wzmacniacz oprzyrządowaniaNihon Kohden Corp.AB-611J
Obudowa wzmacniaczaNihon Kohden Corp.MEG-6108
Skrzynka wejściowaNihon Kohden Corp.JB-610B
Wacik nasączony alkoholemSuzuran Sanitary Goods Co., Ltd.
ElektrodyNihon Kohden Corp.NE-114A Pasta
elektrodowaNihon Kohden Corp.Z-401CE
Taśma medycznaNichiban Co., Ltd.SG257
Analogowy interfejs sygnałowyMicro Science K.K.C BOX-014
Przetwornik analogowo-cyfrowyMicro Science K.K.ADM-686PCI
SSR oprogramowanie do nagrywaniaMatsuyama Advance Co., Ltd.Zobacz materiał LaBDAQ2000
pocenia się4545766050846

Bibliografia

  1. Hardy, J. D. Physiology of temperature regulation. Physiol. Rev. 41, 521-606 (1961).
  2. Niepomniszcze, H., Amad, R. H. Skin disorders and thyroid diseases. J. Endocrinol. Invest. 24 (8), 628-638 (2001).
  3. 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).
  4. Fealey, R. D., Low, P. A., Thomas, J. E. Thermoregulatory sweating abnormalities in diabetes mellitus. Mayo Clin Proc. 64 (6), 617-628 (1989).
  5. Leung, A. K., Chan, P. Y., Choi, M. C. Hyperhidrosis. Int J Dermatol. 38 (8), 561-567 (1999).
  6. 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).
  7. 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).
  8. Swinn, L., et al. Sweating dysfunction in Parkinson's disease. Mov. Disord. 18 (12), 1459-1463 (2003).
  9. Davidson, J. R., Foa, E. B., Connor, K. M., Churchill, L. E. Hyperhidrosis in social anxiety disorder. Prog. Neuropsychopharmacol. Biol. Psychiatry. 26 (7-8), 1327-1331 (2002).
  10. 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).
  11. Pickup, J. C. Preliminary evaluation of a skin conductance meter for detecting hypoglycemia in diabetic patients. Diabetes Care. 5 (3), 326-329 (1982).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. Jia, W., et al. Electrochemical tattoo biosensors for real-time noninvasive lactate monitoring in human perspiration. Anal. Chem. 85 (14), 6553-6560 (2013).
  17. Huang, X., et al. Stretchable, wireless sensors and functional substrates for epidermal characterization of sweat. Small. 10 (15), 3083-3090 (2014).
  18. Rose, D. P., et al. Adhesive RFID Sensor Patch for Monitoring of Sweat Electrolytes. IEEE Trans. Biomed. Eng. 62 (6), 1457-1465 (2015).
  19. Gao, W., et al. Fully integrated wearable sensor arrays for multiplexed in situ perspiration analysis. Nature. 529 (7587), 509-514 (2016).
  20. Nilsson, G. E. Measurement of water exchange through skin. Med. Biol. Eng. Comput. 15 (3), 209-218 (1977).
  21. 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).
  22. Nuutinen, J., et al. A closed unventilated chamber for the measurement of transepidermal water loss. Skin Res. Technol. 9 (2), 85-89 (2003).
  23. 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).
  24. Sakaguchi, M., Ono, N., Ohhashi, T. A new skin moisture meter using absolute hygrosensor. Tech. Rep. IEICE. 98 (309), 43-47 (1998).
  25. 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).
  26. 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).
  27. Silicon Labs. , CP210x USB to UART Bridge VCP Drivers (2016).
  28. 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).
  29. 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).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Tagi

przeznaskórkowa utrata wodysympatyczna odpowiedź skóryprawo dyfuzji Fickametoda odejmowania wartości bazowejczujnik T/RHosuszacz z żelu krzemionkowegoport szeregowy USBoprogramowanie do analizy danych
Szczegółowy protokół monitorowania pocenia się za pomocą nowatorskiego, małego, bezprzewodowego urządzenia
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki korzystania z usługi

Zasady

Prawa autorskie © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.