Abstract
A transpiração monitorização pode ser utilizada para a detecção de determinadas doenças, tais como distúrbios de termorregulação e mentais, em particular quando os pacientes não têm conhecimento de tais distúrbios ou têm dificuldade em expressar os seus sintomas. Até agora, vários dispositivos para monitoramento de transpiração foram desenvolvidos; No entanto, esses dispositivos tendem a ter um relativamente grande exterior, o consumo de energia considerável, e / ou com menos sensibilidade.
Recentemente, desenvolvemos um pequeno dispositivo, sem fio para monitoramento de transpiração. O dispositivo consiste de uma temperatura / humidade relativa (T / RH) do sensor, registador de dados orientada por pequena bateria, e de gel de sílica como um dessecante numa pequena exterior cilíndrica. O sensor de T / RH é colocado entre as janelas de detecção (através da qual o vapor de água a partir da pele entra) e o gel de sílica. O princípio subjacente do dispositivo de monitorização da transpiração é baseada na Lei de Fick, o que significa que o fluxo de vapor de água from a pele para o gel de sílica (isto é, perda transepidérmica de água e a transpiração) pode ser capturado pela mudança em humidade para o sensor T / RH. Além disso, um método de subtracção da linha de base, foi adoptado para distinguir a transpiração e a perda de água transepidérmica.
Como mostrado no relatório anterior, o dispositivo desenvolvido pode monitorar o suor em sites do corpo de uma forma fácil, sem fio. No entanto, os métodos pormenorizados de como utilizar o dispositivo ainda não foram divulgados. Neste artigo, portanto, gostaríamos de mostrar os tutoriais ponto-a-ponto de como usar o dispositivo para a monitorização transpiração, mostrando o teste de atividade simpática com o monitoramento da resposta da pele simpático como um exemplo.
Introduction
Transpiração humana, geralmente conhecido como "sudação," não é apenas um mecanismo para a termorregulação 1, mas também está relacionado com certos tipos de doenças. A etiologia da transpiração anormal é amplo, incluindo: insolação, hiper ou hipotireoidismo 2, infarto cerebral 3, diabetes mellitus 4, disautonomia 5, menopausa (conhecido como "flash quente") 6, fibrose cística 7, doença de Parkinson 8, e social transtorno de ansiedade 9. Em função do número de doenças relacionadas com a transpiração, que foi considerado benéfico para controlar as taxas de transpiração para o diagnóstico precoce ou previsão de tais doenças (por exemplo, prevenção da insolação) de uma forma ubíqua 10.
Até à data, têm sido propostos apenas um pequeno número de dispositivos para monitoramento de transpiração. Nos primeiros dias, condutância da pele e umidade relativa foram utilizados para i indiretandices de a quantidade de transpiração 11,12. Mais recentemente, vários tipos de sensores de acessórios, flexíveis para monitorização transpiração têm sido propostos 13-19, embora eles destinam-se a análise dos electrólitos sudoríparas, em vez do que a quantidade ou o padrão temporal da transpiração. O cálculo de difusão de vapor de água tem sido utilizada para um método mais quantitativa do controlo das bolsas de água a partir da pele 20-23. No entanto, isto requer (1) a suposição de que a atmosfera exterior e ainda é constante 20, (2) a sensibilidade suficiente para detectar o fluxo natural de vapor de água 21,22, ou (3) um fluido de arrefecimento (por exemplo, um dispositivo Peltier que consome quantidade substancial de energia elétrica) para condensar o vapor de água ao líquido 23; Assim, eles podem ser difícil para diário e acompanhamento a longo prazo. Como alternativa, um método da câmara ventilada foi desenvolvido 20,24,25. No método da câmara ventilada, azoto seco ou ar desumidificadoé infiltrado numa pequena câmara adjacente à pele a partir de um tanque de gás de azoto ou de uma bomba, e do gás na forma de vapor de água evaporada da pele é recolhida. A quantidade de vapor de água a partir da pele pode ser calculado a partir da diferença da humidade nos gases de saída e de entrada. Embora este método pode-se estimar a quantidade de transpiração muito precisamente, um tanque de gás de azoto ou de uma bomba mecânica é geralmente suficientemente grande para impedir a monitoração diária.
Para solucionar estes inconvenientes, nós desenvolvemos recentemente um novo dispositivo para a monitorização da transpiração, em que uma câmara fechada com um fluxo de vapor de água aplicada conduzido com dessecante, permitiu a monitorização e sensível a longo prazo 26. Este dispositivo consiste de um sensor cilíndrico exterior de plástico, a temperatura / humidade relativa (T / RH) com um microprocessador de gravação, e sílica gel (Figura 1). Em princípio, a atmosfera exterior não deve interferir com o fluxo de vapor de água, e um fluido de arrefecimento ou ventilating câmara não é necessária. Perfis de transpiração pode ser obtido por resolução de equações, utilizando um software de folha de cálculo 26. Um estudo anterior mostrou apenas o princípio do dispositivo desenvolvido e omitiu o método detalhado de como usar o dispositivo por causa das limitações de espaço.
O objectivo deste artigo, portanto, é o de mostrar um método detalhado de como utilizar o dispositivo de monitorização desenvolvido para a transpiração, mostrando a gravação de transpiração palmar induzida pelo stress durante o teste de actividade simpática como um exemplo.
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Protocol
NOTA: O dispositivo, incluindo o método de análise, é coberto por Japonesa Publicação do Pedido de Patente Não Examinada No. 2011-169881 e o Pedido de Patente Japonesa No. 5708911. Este estudo, incluindo o protocolo da experiência com sujeitos humanos, foi aprovado pelo médico Comitê de ética da Universidade de Kanazawa (# 553-1).
1. Pré-requisitos para o Dispositivo de transpiração Monitoring
NOTA: Execute estas etapas apenas uma vez antes da primeira utilização.
- Instalar os serial bus (USB) drivers -Serial universais de interface de conversão de porta no computador 27. Se os controladores já estão instalados, ignore este passo.
- Ligue a interface de conversão porta USB-serial ao computador via cabo USB. Aguarde até que a instalação do controlador automático, se houver.
- Definir os parâmetros da interface de conversão e verificar o número de ID da porta serial como segue.
- Abra o gerenciador de dispositivos, e selecione [Ver]→ [Dispositivos por Tipo].
- Localize as "Portas (COM & LPT)" título, e expanda a seção para encontrar o cabeçalho contendo "CP210x USB para UART Bridge" na lista.
- Memorizar o número de identificação do porto (por exemplo, "COM5") no "CP210x USB para UART Bridge" dirigindo.
- Clique duas vezes no "CP210x USB para UART Bridge," e abra a guia "Configurações da porta".
- Defina os parâmetros da seguinte forma: "bits por segundo" = 9600, "bits de dados" = 8, "Paridade" = "Nenhum", "Bits de paragem" = 1, e "controle de fluxo" = "Nenhum".
- Clique no botão "OK" para fechar a janela e feche o gerenciador de dispositivos.
2. Configuração do Dispositivo A transpiração Monitoring
NOTA: Defina as configurações de gravação como se segue antes de utilizar o dispositivo. Repita essas etapas para cada dispositivo se vários dispositivos estão a ser utilizados.
- Certifique-se de que a bateria não está inserido no dispositivo de monitorização transpiração.
- Ligue o conector branca da interface de conversão porta USB-série para o recipiente na parte superior do dispositivo de monitorização da transpiração.
- Executar o software de gravação de transpiração, seguido por definir os parâmetros do dispositivo como se segue.
- Abra a guia "Configurações".
- Defina o número "COM" para o número de ID da porta serial (veja o passo 1.3.3).
- Clique no botão "Confirmar Connection". Verifique se a mensagem "Connected ..." aparece.
- Nas configurações "de pasta de arquivos de dados", escolha a unidade e selecione a pasta onde os dados transpiração será salvo. Para selecionar a subpasta, clique duas vezes na pasta para abri.
- Defina o "Número de buracos" para "4."
- Abra a guia "Medir e Gravar", e definir o "intervalo de tempo" para o tempo de amostra desejada.
- Inserir um battery para o dispositivo de monitorização a transpiração.
- Encha o dispositivo com gel de sílica seca (cor deve ser azul ou verde, se o indicador de cor está disponível), e feche a tampa. Se a tampa não fecha completamente, reduzir a quantidade de gel de sílica.
- Clique no botão "Iniciar Log Now" no software de gravação de transpiração.
NOTA: Devido a gravação transpiração começa logo após a desconexão, o dispositivo de monitorização da transpiração pode ser deixado ligado até que o monitoramento deve ser iniciado.
3. Configuração para a Medição da resposta da pele simpático (SSR)
NOTA: Estes passos destinam-se a monitorizar as actividades simpáticas como o palmar SSR, e não são necessariamente necessária para si monitoramento transpiração. SSR é uma mudança de potencial de pele de acordo com a estimulação estimulação simpática, como chateado e concentração 28,29.
- Limpar a pele onde o SSR está a ser gravadocom um algodão embebido em álcool.
- Coloque o ânodo, cátodo, e eletrodo de aterramento na palma, dorso da mão e do pulso, respectivamente, por meio de uma pasta de eletrodo. Fixar os eletrodos com fita adesiva médica.
- Definir as condições do amplificador de instrumentação rodando os botões correspondentes do amplificador da seguinte forma: Sensibilidade = 1 mV / V, filtro de alta corte ( "HI CUT") = 3 kHz, e o filtro Low Cut ( "LO CUT") = 0,5 Hz.
- Executar o software de gravação de SSR, e iniciar a gravação a uma taxa de amostragem de 200 Hz, clicando no botão "Iniciar medição" no software.
4. A gravação da transpiração
- Coloque uma fita dupla face médica na parte inferior do dispositivo de monitorização transpiração. Ao colocar uma fita, verifique se as janelas de medição (ou seja, quatro furos na parte inferior do dispositivo) não estão obstruídas.
- Desligue o dispositivo de monitoramento transpiração da porta USB-serial conveInterface rsion. Imediatamente após a desconexão, observar o monitoramento transpiração começará automaticamente. Certifique-se a lâmpada LED está piscando.
- Remover o revestimento de libertação da fita adesiva médica de dupla face, e colocar o dispositivo de monitorização da transpiração sobre a pele onde a transpiração é para ser monitorizada.
- Aguarde 10 minutos para a estabilização da difusão de vapor de água.
NOTA: Apesar de este processo não pode ser monitorada, o estudo prévio confirmou que esperar 10 min é suficiente para o monitoramento estável 26. - Comece o exame (por exemplo, teste de atividade simpática).
- Após o exame, remover o dispositivo de monitorização a transpiração da pele. Para parar a gravação SSR, clique no botão "Stop Medição" no software de gravação de SSR, e remover todos os eletrodos da pele.
Análise 5. A transpiração
- Conecte o dispositivo de monitoramento transpiração ao interfa conversão porta USB-serialCe (tal como no passo 2.2).
- Executar o software de monitoramento de transpiração.
- Abra a guia "Configurações", e clique no botão "Confirmar Connection".
- Abra a guia "Medir e Gravar", e clique no botão "Download" para salvar os dados em bruto do dispositivo na pasta especificada (veja o passo 2.3.4).
- Realizar análise de transpiração como segue.
- Abra a guia "Análise", e clique no botão "Ler dados de arquivo." Observe o "Open File" pop up de diálogo. Selecione o arquivo salvo na etapa 5.4, em seguida, clique no botão "Abrir".
NOTA: O software executa automaticamente a análise da transpiração com base no método publicado 26 anos, e os resultados aparecerão na tela. Ao mesmo tempo, os dados de transpiração como o formato de valores separados por vírgulas será salvo na mesma pasta.
- Abra a guia "Análise", e clique no botão "Ler dados de arquivo." Observe o "Open File" pop up de diálogo. Selecione o arquivo salvo na etapa 5.4, em seguida, clique no botão "Abrir".
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Representative Results
Usando este novo dispositivo para a monitorização da transpiração (Figura 1) e cálculo à base de lei de Fick da, os perfis temporais de transpiração pode ser obtida de uma maneira fácil, sem fios. A Figura 2 mostra os dados representativos de monitorização transpiração sem fios durante o teste de actividade simpática. No experimento, o dispositivo para a monitorização transpiração, juntamente com os eletrodos para a monitorização resposta da pele simpático (SSR), foi anexado a palma da mão do assunto. Para o teste de atividade simpática, o assunto foi convidada a sentar-se e realizar as seguintes tarefas: (1) tomar uma inspiração profunda 5 vezes com intervalos de 1 min, e (2) fazer um cálculo mental (por exemplo, continuamente subtraia 7 de 100, ou o "flash Anzan", no qual o participante resume o número exibido um após o outro na tela do computador) para evocar a atividade simpática. A transpiração ea SSR foram sim ultaneously gravado durante as condições de estresse. Como resultado da inspiração profunda e cálculo mental, a transpiração palmar induzida pela actividade simpática poderia ser medida utilizando o dispositivo desenvolvido. A Figura 3 mostra os dados representativos de medição multiponto durante as actividades diárias. Cerca de 1 a gravação hr de transpiração na palma (transpiração emocional) e região anterior do tórax (transpiração térmica) apresentaram padrões distintos de acordo com as atividades.
Figura 1: O novo dispositivo de Acompanhamento transpiração (A) O exterior do dispositivo que contém gel de sílica seco.. (B, C) A fita dupla-face "em forma de rosquinha" utilizado neste estudo ea sua fixação ao dispositivo. (D) fixação do dispositivo à pele.om / files / ftp_upload / 54837 / 54837fig1large.jpg "target =" _ blank "> Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2: Gravação Representante da transpiração sob o teste de atividade simpática (A) fixação do dispositivo de monitoramento transpiração com a resposta simpática da pele (SSR) eletrodos na palma da mão.. (B) Como resultado do teste de atividade simpática, a transpiração palmar junto com a reação SSR foi observada em resposta às actividades simpáticas. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3:
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Discussion
O objetivo deste artigo é introduzir o uso de um romance, dispositivo de monitoramento transpiração sem fio. Devido ao recente progresso da engenharia, têm sido propostos, métodos de manipular fáceis mais precisos para a monitorização transpiração temporais; o método de difusão de pressão de vapor 23 ventilado método de câmara de 24,25 e são exemplos representativos. No entanto, o método da câmara ventilada requer a utilização de azoto seco ou uma bomba com dessecante para produzir uma atmosfera seca e, assim, o exterior tende a ser grande. O método de difusão de pressão de vapor pode ser adoptada num pequeno exterior, embora o sistema de câmara aberta pode ser largamente influenciado pela atmosfera exterior, e o sistema de câmara fechada, tem um problema com a saturação de vapor de água (a câmara é cheia com um vapor de água saturado ) ou o consumo de energia considerável de um condensador de vapor de água (por exemplo, dispositivo de Peltier).
Para resolver a situação,Recentemente, desenvolvemos um dispositivo sem fio inovador para monitoramento transpiração 26. No dispositivo, o vapor de água a partir da pele pode ser capturada por um dessecante, que permite um fluxo constante, mas natural. No decurso da viagem do vapor de água, o sensor de T / RH capta o fluxo do vapor de água como uma mudança na temperatura e humidade relativa. Ao calcular essas mudanças sob a lei de Fick, poderíamos estimar as mudanças temporais da quantidade de transpiração (mg / cm2 / min) com <5% de erro, em relação ao método convencional câmara ventilada 26. O dispositivo desenvolvido pode ser usado, por exemplo, para monitorizar o stress mental (Figura 2), a transpiração térmica, e, finalmente, a desregulação relacionados com a transpiração de uma forma mais fácil.
O dispositivo desenvolvido é fácil de manusear, e por isso há alguns pontos a considerar. No entanto, a medição da transpiração falhariam se o gel de sílica não é seco. Por conseguinte, antes da experiência,0; o examinador deve certificar-se de que o gel de sílica é completamente seco (ou seja, a cor é azul). Um estudo anterior estimou a duração máxima da medida ser mais do que 4 horas sem mudar o gel de sílica 26. Para voltar a natureza de gel de sílica, seque-o em um forno de secagem até que a cor fica azul. Um forno de microondas convencional, também é útil. A medição da transpiração também seria um fracasso se a fixação do dispositivo não é suficiente. Recomendamos o uso de uma fita dupla-face "em forma de rosca".
No entanto, o dispositivo tem desenvolvido uma limitação. Devido ao cálculo delicado e o limite de capacidade de absorção dessecante, o erro de a quantidade de transpiração deve ser considerada, especialmente no maior nível de transpiração. Embora tenhamos confirmado a taxa de erro como sendo <5% em relação ao processo convencional 26, o valor absoluto do valor calculado transpiração devem ser manuseados com cuidado.
Devido ao pequeno, simples e sem fios concepção do dispositivo, o controlo multiponto transpiração em condições sem restrições pode ser possível. Como mostrado na Figura 3, os diferentes perfis temporais de transpiração pode ser detectado nas diferentes posições da pele (isto é, palma e torácica anterior) em condições de vida diária (por exemplo, falar, comer alimentos, a condução de um carro, de compras, etc.) . O dispositivo, por isso, pode ser utilizado para a detecção simultânea de transpiração anormal derivada tanto do mau funcionamento do sistema de regulação mental e térmica. Por exemplo, a desregulação do sistema nervoso periférico na diabetes pode ser detectado se a transpiração desequilibrada entre as solas esquerdo e direito foram a ser detectado. Estamos agora a planear um estudo observacional de perfis de transpiração em pacientes hospitalizados como uma experiência clínica.
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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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