Abstract
Transpiration Überwachung kann für den Nachweis bestimmter Erkrankungen, wie Thermoregulation und psychischen Störungen eingesetzt werden, insbesondere wenn die Patienten nicht bewusst solcher Erkrankungen sind oder Schwierigkeiten haben, ihre Symptome ausdrückt. Bisher wurden mehrere Geräte für Schweißüberwachung entwickelt; Jedoch sind solche Vorrichtungen dazu neigen, eine relativ große Außen beträchtliche Stromverbrauch haben, und / oder eine geringere Empfindlichkeit.
Vor kurzem haben wir eine kleine, drahtlose Gerät für schnelle Schweißüberwachung. Die Vorrichtung besteht aus einem Temperatur / Luftfeuchtigkeit (T / RH) Sensor, batteriebetriebenen kleinen Datenlogger und Silikagel als Trockenmittel in einem kleinen zylindrischen Außen. Der T / RH Sensor ist zwischen den Erfassungsfenstern (durch welche der Wasserdampf von der Haut eintritt) und dem Silikagel gegeben. Das zugrundeliegende Prinzip des Schweißes Überwachungseinrichtung auf Fickschen Diffusionsgesetz basiert, was bedeutet, dass Wasserdampfstrom fROM mit der Haut an das Kieselgel (dh transepidermalen Wasserverlust und Schweiß) kann durch Veränderung der Luftfeuchtigkeit an der T / RH - Sensor erfasst werden. Darüber hinaus wurde ein Basis Subtraktionsverfahren angenommen und schweiß transepidermalen Wasserverlust zu unterscheiden.
Wie im vorherigen Bericht gezeigt, kann das entwickelte Gerät den Schweiß an beliebigen Stellen des Körpers in eine einfache, drahtlose Art und Weise zu überwachen. Allerdings detaillierte Methoden, wie das Gerät zu benutzen sind noch nicht bekannt. In diesem Artikel, daher möchten wir die Punkt-für-Punkt zu zeigen, Tutorials, wie das Gerät für die Schweißüberwachung zu nutzen, indem Sie den sympathischen Aktivitätstest mit dem sympathischen Hautreaktion Überwachung als ein Beispiel zeigt.
Introduction
Menschlichen Schweiß, allgemein bekannt als "Schwitzen" , ist nicht nur ein Mechanismus für die Wärmeregulierungs 1, aber es wird auch auf bestimmte Arten von Krankheiten im Zusammenhang. Die Ätiologie von abnormen Schweiß ist breit, einschließlich: Hitzschlag, Hyper- oder Hypothyreose 2, Hirninfarkt 3, Diabetes mellitus 4, dysautonomia 5, Menopause (bekannt als "hot flash") 6, Mukoviszidose 7, Parkinson-Krankheit 8 und soziale Angststörung 9. In Anbetracht der Anzahl von Schweiß bedingte Krankheiten, hat es sich als vorteilhaft angesehen schweißRaten für die frühe Diagnose oder Vorhersage solcher Krankheiten (beispielsweise Verhinderung von Hitzschlag) in eine ubiquitäre Weise 10 überwachen.
Bisher haben nur eine geringe Anzahl von Vorrichtungen zur Schweißüberwachung vorgeschlagen. In frühen Tagen, Hautleitfähigkeit und die relative Luftfeuchtigkeit wurden für indirekte i verwendetndices der Menge der Transpiration 11,12. In jüngster Zeit verschiedene Arten von flexiblen, tragbare Sensoren zur Schweißüberwachung haben 13-19 vorgeschlagen worden, obwohl sie für die Analyse von Schweiß Elektrolyte vorgesehen sind und nicht als die Menge oder zeitliche Muster der Transpiration. Die Berechnung der Wasserdampfdiffusion ist für eine quantitative Verfahren zur Überwachung der Wasseraustausch von der Haut 20-23 genutzt. Dies erfordert jedoch (1) die Annahme , dass der Außenatmosphäre immer noch konstant und 20, (2) genügend Empfindlichkeit den natürlichen Fluss von Wasserdampf 21,22, oder (3) ein Kühlmittel (beispielsweise Peltier - Vorrichtung zu erfassen , die eine verbraucht erhebliche Menge an Strom) Wasserdampf zu Flüssigkeit 23 zu kondensieren; so könnten sie für den täglichen und langfristige Überwachung schwierig sein. Als Alternative wurde eine belüftete Kammer Methode 20,24,25 entwickelt. In der belüfteten Kammer-Methode, trockenem Stickstoff oder entfeuchtet Luftist in einer kleinen Kammer angrenzend an die Haut aus einem Stickstoffgastank oder einer Pumpe, und Gas in den Wasserdampf von der Haut verdampft wird gesammelt infiltriert. Die Menge an Wasserdampf von der Haut kann aus der Differenz der Feuchtigkeit in den Auslass- und Einlassgase berechnet werden. Obwohl dieses Verfahren sehr genau die Menge an Schweiß schätzen kann, ein Stickstoffgastank oder eine mechanische Pumpe im allgemeinen groß genug, um die tägliche Überwachung zu behindern.
Um diese Nachteile zu begegnen, haben wir vor kurzem eine neue Vorrichtung zur Schweißüberwachung, in dem eine geschlossene Kammer mit einem Trocknungsmittel-angetriebene Strömung erzwungen Wasserdampf, 26 empfindlich und Langzeitüberwachung aktiviert. Diese Vorrichtung besteht aus einem zylindrischen Kunststoffgehäuse, Temperatur / Luftfeuchtigkeit (T / RH) Sensor mit Aufzeichnungs Mikroprozessor und Kieselgel (Abbildung 1). Im Prinzip sollte die äußere Atmosphäre nicht mit dem Wasserdampfstrom stören und ein Kühlmittel oder ventilating Kammer nicht erforderlich ist. Schweiss - Profile können durch Lösen von Gleichungen erhalten werden unter Verwendung eines Tabellenkalkulationssoftware 26. Eine frühere Studie hat nur das Prinzip der entwickelten Vorrichtung gezeigt und die detaillierte Verfahren weggelassen, wie das Gerät Einschränkungen aus Platzgründen zu verwenden.
Das Ziel dieses Artikels ist es daher, eine detaillierte Methode zu zeigen, wie das entwickelte Gerät für schnelle Schweißüberwachung zu nutzen, durch die Aufnahme von stressinduzierten palmar Schwitzen während des sympathischen Aktivitätstest als Beispiel zeigt.
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Protocol
HINWEIS: Die Vorrichtung, einschließlich der Analysemethode, ist durch die japanische ungeprüfte Patentanmeldungsveröffentlichung Nr abgedeckt 2011-169881 und dem japanischen Patent Nr 5708911. Diese Studie, einschließlich dem Protokoll des Experiments mit menschlichen Probanden wurde von der Medical genehmigt Ethikkommission der Universität Kanazawa (# 553-1).
1. Voraussetzungen für die Transpiration Monitoring Device
HINWEIS: Führen Sie diese Schritte nur einmal vor dem ersten Gebrauch.
- Installieren Sie die Universal Serial Bus (USB) -serial Port Umwandlung Schnittstellentreiber in dem Computer 27. Wenn die Treiber bereits installiert sind, diesen Schritt überspringen.
- Verbinden Sie das USB-serielle Schnittstelle Umwandlung Schnittstelle an den Computer über ein USB-Kabel. Warten Sie auf die automatische Treiberinstallation, falls vorhanden.
- Stellen Sie die Parameter der Umwandlungsschnittstelle und überprüfen Sie die ID-Nummer der seriellen Schnittstelle wie folgt.
- Öffnen Sie den Geräte-Manager, und wählen Sie [Ansicht]→ [Geräte nach Typ].
- Suchen Sie die "Anschlüsse (COM und LPT)" Überschrift, und erweitern Sie den Abschnitt die Überschrift zu finden "CP210x USB-zu-UART-Brücke" in der Liste enthalten.
- Prägen Sie sich die ID - Nummer des Ports (zB "COM5") in der "CP210x USB - zu - UART - Brücke" Überschrift.
- Doppelklicken Sie auf das "CP210x USB-zu-UART-Brücke", und öffnen Sie die "Port Settings".
- Stellen Sie die Parameter wie folgt:. "Bits pro Sekunde" = 9600, "Datenbits" = 8, "Parität" = "None", "Stop Bits" = 1 und "Flow Control" = "None"
- Klicken Sie auf die Schaltfläche "OK" um das Fenster zu schließen, und schließen Sie den Geräte-Manager.
2. Einrichtung des Schweißes Monitoring Device
HINWEIS: Stellen Sie die Aufnahmeeinstellungen wie folgt vor Inbetriebnahme des Gerätes. Wiederholen Sie diese Schritte für jedes Gerät, wenn mehrere Geräte verwendet werden sollen.
- Stellen Sie sicher, dass die Batterie nicht im Schweiß Überwachungsgerät eingesetzt wird.
- Stecken Sie den weißen Stecker des USB-Seriell-Port Umwandlung Schnittstelle zur Aufnahme an der Spitze des Schweißüberwachungseinrichtung.
- Führen Sie die Schweiß-Recording-Software, gefolgt von der Geräteparameter wie folgt einstellen.
- Öffnen Sie die Registerkarte "Einstellungen".
- Stellen Sie die "COM" Nummer der ID-Nummer der seriellen Schnittstelle (siehe Schritt 1.3.3).
- Klicken Sie auf die "Verbindung bestätigen" klicken. Überprüfen Sie, ob die Meldung "Verbunden ..." erscheint.
- Bei den "Data File Folder" Einstellungen, wählen Sie das Laufwerk und wählen Sie den Ordner, in dem die Schweißdaten werden gespeichert. Um die Unterordner auswählen möchten, doppelklicken Sie auf den Ordner zu öffnen.
- Stellen Sie die "Anzahl der Löcher" auf "4"
- Öffnen Sie die "Messen & Rec" Registerkarte und stellen Sie die "Time Interval" auf die gewünschte Probe Zeit.
- Legen Sie eine battEry zur Schweiß-Überwachungseinrichtung.
- Füllen Sie das Gerät mit einem trockenen Silikagel (Farbe sollte blau oder grün sein, wenn der Farbindikator zur Verfügung steht), und schließen Sie den Deckel. Wenn der Deckel nicht vollständig schließen, reduzieren die Menge an Kieselgel.
- Klicken Sie auf die "Start Logging Now" Button in der Schweiß-Recording-Software.
Hinweis: Da der Schweiß Aufnahme kurz nach der Trennung beginnt, kann die Schweißüberwachungseinrichtung gelassen werden angeschlossen, bis die Überwachung gestartet werden soll.
3. Einrichtung zur Messung der Sympathische Skin Response (SSR)
Hinweis: Diese Schritte sollen die sympathischen Aktivitäten als palmar SSR zu überwachen, und sind nicht notwendigerweise für Schweißüberwachung selbst erforderlich. SSR ist eine Änderung der Hautpotential nach der sympathische Erregung Stimulation wie aufgeregt und Konzentration 28,29.
- Reinigen Sie die Haut, wo die SSR wird aufgezeichnetmit einem Alkoholtupfer.
- Legen Sie die Anode, Kathode und Masseelektrode auf der Handfläche, Handrücken und Handgelenk, die jeweils mittels einer Elektrodenpaste. Befestigen Sie die Elektroden mit medizinischem Klebeband.
- Stellen Sie die Bedingungen des Instrumentenverstärkers durch die entsprechenden Knöpfe des Verstärkers drehen wie folgt: Empfindlichkeit = 1 mV / V, Hoch-Cut-Filter ( "HALLO CUT") = 3 kHz und Low-Cut-Filter ( "LO CUT") = 0,5 Hz.
- Führen Sie die SSR-Recording-Software, und starten Sie die Aufnahme mit einer Abtastrate von 200 Hz durch die "Messung starten" -Button in der Software klicken.
4. Aufnahme des Schweißes
- Setzen Sie ein medizinisches doppelseitiges Klebeband auf der Unterseite der Schweißüberwachungseinrichtung. Wenn ein Band setzen, stellen Sie sicher , dass die Messfenster (dh vier Löcher an der Unterseite des Gerätes) nicht blockiert sind.
- Ziehen Sie den Schweiß Überwachungsgerät vom USB-serielle Schnittstelle conversion Schnittstelle. Unmittelbar nach der Trennung, beachten Sie bitte die Schweißüberwachung automatisch beginnen. Stellen Sie sicher, dass die LED-Lampe blinkt.
- Entfernen Sie die Release-Liner der medizinischen doppelseitiges Klebeband, und setzen Sie den Schweiß Überwachungseinrichtung auf der Haut, wo Schweiß überwacht werden soll.
- Warten Sie 10 min zur Stabilisierung von Wasserdampfdiffusion.
Hinweis: Obwohl dieses Verfahren nicht überwacht werden kann, hat sich die vorherige Studie bestätigte , dass 10 min Warte 26 für eine stabile Überwachung ausreicht. - Starten Sie die Prüfung (zB sympathischen Aktivitätstest).
- Nach der Untersuchung entfernen von der Haut der Schweiß Überwachungseinrichtung. Um die SSR Aufnahme zu stoppen, klicken Sie auf den "Stop Messung" in der SSR-Recording-Software, und entfernen Sie alle Elektroden von der Haut.
5. Transpiration Analyse
- Schließen Sie sich den Schweiß Überwachungsgerät an den USB-serielle Schnittstelle Konvertierung interface (wie in Schritt 2.2).
- Führen Sie die Schweiß-Monitoring-Software.
- Öffnen Sie die Registerkarte "Einstellungen", und klicken Sie auf "Bestätigen Connection" -Taste.
- Öffnen Sie die "Messen & Rec" Registerkarte und klicken Sie auf die Schaltfläche "Download" die Rohdaten des Gerätes in den angegebenen Ordner zu speichern (siehe Schritt 2.3.4).
- Führen Schweiß Analyse wie folgt.
- Öffnen Sie die "Analyse" Registerkarte und klicken Sie auf den "Read-Datendatei." Beachten Sie die "Datei öffnen" -Dialog Pop-up. Wählen Sie die gespeicherte Datei im Schritt 5.4, und klicken Sie dann auf die Schaltfläche "Öffnen".
HINWEIS: Die Software führt automatisch Analyse Schweiß auf der Basis des veröffentlichten Verfahrens 26, und die Ergebnisse werden auf dem Bildschirm angezeigt. Zur gleichen Zeit werden die Schweißdaten als kommagetrennte Werte werden im gleichen Ordner gespeichert werden.
- Öffnen Sie die "Analyse" Registerkarte und klicken Sie auf den "Read-Datendatei." Beachten Sie die "Datei öffnen" -Dialog Pop-up. Wählen Sie die gespeicherte Datei im Schritt 5.4, und klicken Sie dann auf die Schaltfläche "Öffnen".
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Representative Results
Mit Hilfe dieser neuen Vorrichtung für Schweißüberwachung (Abbildung 1) und die Fickschen Gesetz basierte Berechnung können die zeitlichen Schweißprofile in eine einfache, drahtlose Weise erhalten werden. Abbildung 2 zeigt repräsentative Daten von drahtlosen Schweißüberwachung während der sympathischen Aktivität zu testen. Bei dem Versuch, die Überwachung der Vorrichtung für den Schweiß, zusammen mit den Elektroden für die sympathische Hautantwort (SSR) Überwachung, wurde auf das Thema der Handfläche angebracht. Für den sympathischen Aktivitätstest wurde das Thema die folgenden Aufgaben gebeten zu sitzen und führen: (1) nehmen Sie einen tiefen Inspiration 5 - mal mit 1 - Minuten - Intervallen, und (2) tun , um eine psychische Berechnung (zB kontinuierlich 7 von 100 subtrahieren oder die "Flash-Anzan", in dem der Teilnehmer fasst die Nummer eins nach dem anderen auf einem Computerbildschirm) angezeigt sympathische Aktivität hervorzurufen. Der Schweiß und die SSR waren sim ultaneously während der Stress-Bedingungen aufgezeichnet. Als Folge der tiefen Inspiration und geistige Berechnung, die sympathische Aktivität induzierte Palmar Schweiß gemessen werden, um die entwickelten Gerät. Abbildung 3 zeigt repräsentative Daten von Mehrpunktmessung während der täglichen Aktivitäten. Etwa 1 Stunde Aufnahme von Schweiß auf der Handfläche (emotionale Schwitzen) und der vorderen Brust (thermische Schwitzen) zeigte verschiedene Muster nach den Aktivitäten.
Abbildung 1: Die neue Vorrichtung für Transpiration Monitoring (A) Das Äußere des Gerätes trockenen Silikagel enthält.. (B, C) A "donut-förmigen" doppelseitige Klebeband in dieser Studie verwendet und ihre Befestigung an dem Gerät. (D) Befestigung der Vorrichtung auf der Haut.om / files / ftp_upload / 54837 / 54837fig1large.jpg "target =" _ blank "> Bitte hier klicken, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Abbildung 2: Repräsentative Aufnahme des Schweißes Unter dem Sympathische Activity Test (A) Die Befestigung der Schweißüberwachungseinrichtung mit dem sympathischen Hautreaktion (SSR) Elektroden , die auf der Handfläche.. (B) Als Ergebnis der sympathischen Aktivitätstest, Palmar Schweiß zusammen mit der SSR - Reaktion wurde als Reaktion auf die sympathischen Aktivitäten beobachtet. Bitte hier klicken , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.
Figur 3:
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Discussion
Das Ziel dieses Artikels ist es, die Verwendung eines neuartigen, drahtlosen Schweißüberwachung einzuführen. Aufgrund der jüngsten Fortschritte der Technik, genauer, leicht zu handhabende Methoden zur zeitlichen Schweißüberwachung vorgeschlagen worden; die belüftete Kammer Methode 24,25 und der Dampfdruck - Diffusionsverfahren 23 sind repräsentative Beispiele. Jedoch erfordert die belüftete Kammer Verfahren die Verwendung von trockenem Stickstoff oder einer Pumpe mit Trockenmittel einer trockenen Atmosphäre zu erzeugen, und somit neigt die Außenseite groß ist. Der Dampfdruck Diffusionsverfahren kann in einem kleinen Außen angenommen werden, obwohl die offene Kammersystem kann weitgehend durch die äußere Atmosphäre beeinflusst werden, und die geschlossenen Kammersystem hat ein Problem mit entweder Wasserdampfsättigung (die Kammer mit gesättigtem Wasserdampf gefüllt wird, ) oder erheblicher Stromverbrauch eines Wasser Brüdenkondensator (zB Peltier - Vorrichtung).
Um die Situation zu begegnen, wirvor kurzem entwickelt haben 26 eine neuartige drahtlose Gerät für schnelle Schweißüberwachung. Bei der Vorrichtung kann der Wasserdampf aus der Haut, die durch ein Trockenmittel eingefangen werden, eine konstante, aber natürlichen Fluss zu ermöglichen. Im Verlauf des Wasserdampfs Reisen, die T / RH-Sensor erfasst die Strömung des Wasserdampfes als eine Änderung in der Temperatur und der relativen Luftfeuchtigkeit. Durch Berechnung solche Änderungen unter Fickschen Gesetz, könnten wir die zeitlichen Veränderungen des Schweißes Menge (mg / cm 2 / min) mit <5% Fehlerschätzung, bezogen auf die herkömmlichen belüfteten Kammerverfahren 26. Die entwickelte Vorrichtung kann verwendet werden, beispielsweise mentalem Stress (Abbildung 2), thermische Schwitzen zu überwachen, und schließlich den Schweiß bezogenen Dysregulation in einer einfacheren Art und Weise.
Die entwickelte Vorrichtung ist einfach zu handhaben, und so gibt es einige Punkte zu beachten. Allerdings wäre es nicht mehr der Schweiß Messung, wenn das Kieselgel nicht trocken ist. Deshalb wird vor dem Experiment,0; der Prüfer sollten sicherstellen, dass das Kieselgel vollständig trocken ist (dh die Farbe ist blau). Eine frühere Studie hat die maximale Messdauer geschätzt länger als 4 Stunden , ohne das Kieselgel 26 ändert. Um wieder die Natur Kieselgel, trocknen Sie es in einem Trockenofen, bis die Farbe blau. Ein herkömmlicher Mikrowellenofen ist ebenfalls nützlich. Der Schweiß Messung fehlschlagen würde auch, wenn die Befestigung der Vorrichtung nicht ausreichend ist. Wir empfehlen die Verwendung eines "donut-förmigen" doppelseitiges Klebeband.
Dennoch hat die entwickelte Vorrichtung eine Einschränkung. Wegen der empfindlichen Berechnung und der Grenze der Trocknungsmittel-Absorptionsvermögen, sollte der Fehler der Menge des Schweißes in Betracht gezogen werden, insbesondere auf dem höheren Niveau der Transpiration. Obwohl wir die Fehlerrate als <5% gegenüber dem herkömmlichen Verfahren 26 bestätigt haben, sollte der absolute Wert des berechneten Wertes Transpiration mit Vorsicht behandelt werden.
Aufgrund der kleinen, einfachen und Wireless-Design des Gerätes kann die Mehrschweißüberwachung unter uneingeschränkten Bedingungen möglich sein. Wie in Abbildung 3 gezeigt, können die unterschiedlichen zeitlichen Verläufe von Schweiß auf die unterschiedlichen Positionen der Haut (dh Palm und vorderen Brust) im täglichen Leben Bedingungen nachgewiesen werden (zB im Gespräch, den Verzehr von Lebensmitteln, ein Auto, Einkaufen fahren, etc.) . Das Gerät könnte daher zum gleichzeitigen Nachweis von abnormalen Schwitzen abgeleitet sowohl von der mentalen und thermische Regelungssystem eine Fehlfunktion verwendet werden. Zum Beispiel könnte die Dysregulation des peripheren Nervensystems in Diabetes nachgewiesen werden, wenn die unsymmetrische Schwitzen zwischen den linken und rechten Fußsohlen erkannt werden sollten. Wir sind jetzt eine Beobachtungsstudie Schweißprofile bei hospitalisierten Patienten als klinisches Experiment zu planen.
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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
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