Abstract
monitoreo de la transpiración puede ser utilizado para la detección de ciertas enfermedades, como trastornos de la termorregulación y mentales, particularmente cuando los pacientes no son conscientes de estos trastornos o están teniendo dificultades para expresar sus síntomas. Hasta ahora, varios dispositivos para el control de la transpiración se han desarrollado; sin embargo, tales dispositivos tienden a tener una relativamente grande exterior, una considerable consumo de energía, y / o menos sensibilidad.
Recientemente, hemos desarrollado un pequeño dispositivo inalámbrico para el control de la transpiración. El dispositivo consta de un / humedad temperatura relativa (/ RH T) sensor, registrador de datos pequeña batería impulsada, y gel de sílice como desecante en un pequeño exterior cilíndrica. El sensor de T / RH se coloca entre las ventanas de detección (a través del cual el vapor de agua de la piel entra) y el gel de sílice. El principio subyacente del dispositivo de control de la transpiración se basa en la ley de Fick de la difusión, lo que significa que el flujo de vapor de agua fesde la piel para el gel de sílice (es decir, la pérdida de agua transepidérmica y la transpiración) puede ser capturada por el cambio en la humedad en el sensor T / RH. Además, se adoptó un método de sustracción de línea de base para distinguir la pérdida de agua transepidérmica y la transpiración.
Como se muestra en el informe anterior, el dispositivo desarrollado puede controlar la transpiración en cualquier sitio del cuerpo de una manera fácil, sin cables. Sin embargo, los métodos detallados de cómo usar el dispositivo no se han descrito todavía. En este artículo, por lo tanto, nos gustaría mostrar los tutoriales punto por punto de cómo utilizar el dispositivo para el control de la transpiración, al mostrar la prueba de la actividad simpática con la vigilancia de respuesta simpática cutánea como un ejemplo.
Introduction
La transpiración humana, generalmente conocido como "sudoración," no es sólo un mecanismo para la termorregulación 1, sino que también está relacionado con ciertos tipos de enfermedades. La etiología de la transpiración anormal es amplio, incluyendo: el golpe de calor, hiper o hipotiroidismo 2, cerebro de miocardio 3, diabetes mellitus 4, disautonomía 5, la menopausia (conocido como "flash caliente") 6, fibrosis quística 7, la enfermedad de Parkinson 8, y social trastorno de ansiedad 9. En vista del número de enfermedades relacionadas con la transpiración-, se ha considerado beneficioso para controlar las tasas de transpiración para el diagnóstico precoz o la predicción de tales enfermedades (por ejemplo, la prevención de un golpe de calor) de una manera ubicua 10.
Hasta la fecha, se han propuesto sólo un pequeño número de dispositivos para el control de la transpiración. En los primeros días, conductancia de la piel y la humedad relativa se utilizaron para i indirectandices de la cantidad de transpiración 11,12. Más recientemente, varios tipos de sensores flexibles, usable para el seguimiento de la transpiración se han propuesto 13-19, a pesar de que están destinados para el análisis de electrolitos del sudor en lugar de la cantidad o el patrón temporal de la transpiración. El cálculo de la difusión del vapor de agua se ha utilizado para un método más cuantitativo de seguimiento de intercambio de agua de la piel 20 a 23. Sin embargo, esto requiere (1) la suposición de que la atmósfera exterior es fija y constante 20, (2) la sensibilidad suficiente para detectar el flujo natural de vapor de agua 21,22, o (3) un refrigerante (por ejemplo, dispositivo Peltier que consume una cantidad sustancial de energía eléctrica) para condensar el vapor de agua a líquido 23; por lo tanto, podrían ser difícil para todos los días y el seguimiento a largo plazo. Como alternativa, un método cámara ventilada fue desarrollado 20,24,25. En el método de la cámara ventilada, nitrógeno o aire seco deshumidificadose infiltra en una pequeña cámara adyacente a la piel de un tanque de nitrógeno gas o una bomba, y el gas en el vapor de agua evaporada de la piel se recoge. La cantidad de vapor de agua de la piel se puede calcular a partir de la diferencia de la humedad en los gases de salida y de entrada. Aunque este método puede estimar la cantidad de transpiración de manera muy precisa, un depósito de gas nitrógeno o una bomba mecánica es generalmente lo suficientemente grande para impedir un seguimiento diario.
Para hacer frente a estos inconvenientes, se ha desarrollado recientemente un nuevo dispositivo para el control de la transpiración, en el que una cámara cerrada con un flujo de vapor de agua forzada desecante impulsada, activa la monitorización sensible y largo plazo 26. Este dispositivo consiste en un sensor cilíndrico exterior de plástico, la temperatura / humedad relativa (T / RH) con microprocesador grabación, y gel de sílice (Figura 1). En principio, la atmósfera exterior no debe interferir con el flujo de vapor de agua, y un refrigerante o ventilatinNo se requiere g cámara. Transpiración perfiles se pueden obtener mediante la resolución de ecuaciones usando un software de hoja de cálculo 26. Un estudio anterior sólo ha mostrado el principio del dispositivo de desarrollado y se ha omitido el método detallado para la forma de utilizar el dispositivo, debido a limitaciones de espacio.
El objetivo de este artículo, por lo tanto, es mostrar un método detallado de cómo utilizar el dispositivo desarrollado para la monitorización de la transpiración, por que muestra la grabación de la transpiración palmar inducida por el estrés durante el ensayo de la actividad simpática como un ejemplo.
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Protocol
NOTA: El dispositivo, incluyendo el método de análisis, está cubierto por la solicitud de patente japonesa no examinada nº 2011 a 169881 y la Patente Japonesa Nº 5708911. En este estudio, incluyendo el protocolo del experimento con seres humanos, fue aprobado por el médico Comité de ética de la Universidad de Kanazawa (# 553-1).
1. Requisitos previos para el Dispositivo de Monitoreo transpiración
NOTA: Realice estos pasos sólo una vez antes del primer uso.
- Instalar los controladores de interfaz de conversión -serial puerto de bus serie universal (USB) en el equipo 27. Si los controladores ya están instalados, omita este paso.
- Conecte el puerto de interfaz de conversión de serie USB al ordenador mediante un cable USB. Espere a que la instalación del controlador automática, si hubiere.
- Establecer los parámetros de la interfaz de conversión y comprobar el número de identificación del puerto serie de la siguiente manera.
- Abra el administrador de dispositivos, y seleccione [Ver]→ [Dispositivos por tipo].
- Busque la sección "Puertos (COM y LPT)" la partida, y expanda la sección para encontrar el título que contiene "USB CP210x al puente UART" en la lista.
- Memorizar el número de identificación del puerto (por ejemplo, "COM5") en el "CP210x USB a UART Puente" la partida.
- Haga doble clic en el "USB CP210x al puente UART," y abra la pestaña "Configuración de puerto".
- Establecer los parámetros de la siguiente manera: "bits por segundo", "= 9600 Bits de datos" = 8, "Paridad" = "None", "Bits de parada" = 1, y "Control de flujo" = "Ninguno".
- Haga clic en el botón "OK" para cerrar la ventana y cerrar el administrador de dispositivos.
2. Configuración del dispositivo transpiración Monitoreo
NOTA: Ajuste la configuración de grabación de la siguiente manera antes de usar el dispositivo. Repita estos pasos para cada dispositivo si varios dispositivos se van a utilizar.
- Asegúrese de que la batería no está insertada en el dispositivo de control de la transpiración.
- Enchufe el conector blanco de la interfaz de conversión puerto serie USB en el receptáculo en la parte superior del dispositivo de control de la transpiración.
- Ejecutar el software de grabación de la transpiración, seguido por el establecimiento de los parámetros del dispositivo de la siguiente manera.
- Abre la pestaña "Configuración".
- Establecer el número "COM" para el número de identificación del puerto serie (véase el paso 1.3.3).
- Haga clic en el botón "Confirmar la conexión". Compruebe si aparece el mensaje "Conectado ...".
- En los ajustes de "la carpeta de archivos de datos", seleccione la unidad y seleccione la carpeta donde se guardarán los datos de la transpiración. Para seleccionar la subcarpeta, haga doble clic en la carpeta para abrirla.
- Ajuste el "Número de hoyos" en "4"
- Abre la pestaña "Medir y Registrar", y establecer el "Intervalo de tiempo" al tiempo de la muestra deseada.
- Insertar un bloque de material fibrosoEry al dispositivo de control de la transpiración.
- Complete el dispositivo con gel de sílice seca (color debe ser azul o verde si el indicador de color está disponible), y cierre la tapa. Si la tapa no se cierra completamente, reducir la cantidad de gel de sílice.
- Haga clic en el botón "Inicio Inicio de sesión ahora" en el software de grabación de la transpiración.
NOTA: Debido a que la grabación de la transpiración comienza justo después de la desconexión, el dispositivo de control de la transpiración puede dejarse conectado hasta que la monitorización se va a iniciar.
3. Configuración para la medición de la respuesta simpática cutánea (SSR)
NOTA: Estos pasos están destinados a controlar las actividades simpáticas como el palmar SSR, y no se requieren necesariamente por sí mismo la supervisión de la transpiración. RSS es un cambio de potencial de la piel de acuerdo con la estimulación activación simpática como molesto y concentración 28,29.
- Limpiar la piel donde el SSR está a grabarcon un algodón con alcohol.
- Poner el ánodo, el cátodo, y el electrodo de puesta a tierra en la palma, dorso de la mano y la muñeca, respectivamente, por medio de una pasta de electrodo. Fijar los electrodos con cinta médica.
- Establecer las condiciones del amplificador de instrumentación girando los mandos correspondientes del amplificador de la siguiente manera: Sensibilidad = 1 mV / V, filtro de corte alto ( "HI CUT") = 3 kHz, y el filtro de corte bajo ( "LO CUT") = 0,5 Hz.
- Ejecutar el software de grabación de SSR, y empezar la grabación a una velocidad de muestreo de 200 Hz haciendo clic en el botón "Inicio de medida" en el software.
4. Grabación de la transpiración
- Poner una cinta de doble cara médica en la parte inferior del dispositivo de control de la transpiración. Al poner una cinta, asegúrese de que las ventanas de medida (es decir, cuatro agujeros en la parte inferior del dispositivo) no están obstruidos.
- Desconecte el dispositivo de control de la transpiración desde el puerto USB-serie conversión interfaz. Inmediatamente después de la desconexión, tenga el control de la transpiración se inicia automáticamente. Asegúrese de que la lámpara LED parpadea.
- Retire la capa protectora de la cinta médica de doble cara, y poner el dispositivo de control de la transpiración de la piel donde el sudor se va a supervisar.
- Esperar 10 min para la estabilización de la difusión del vapor de agua.
NOTA: Aunque este proceso no se puede controlar, el estudio anterior ha confirmado que la espera 10 min es suficiente para el control estable 26. - Iniciar el examen (por ejemplo, prueba de la actividad simpática).
- Después del examen, retire el dispositivo de control de la transpiración de la piel. Para detener la grabación SSR, haga clic en el botón "Fin de medición" en el software de grabación de SSR, y retirar todos los electrodos de la piel.
Análisis 5. La transpiración
- Conectar el dispositivo de control de la transpiración a la conversión Interfa puerto USB-seriece (como en el paso 2.2).
- Ejecutar el software de monitoreo de la transpiración.
- Abre la pestaña "Configuración" y haga clic en el botón "Confirmar la conexión".
- Abra la ficha "Medir y Registrar", y haga clic en el botón "Descargar" para guardar los datos en bruto del dispositivo en la carpeta especificada (véase el paso 2.3.4).
- Realizar análisis de la transpiración de la siguiente manera.
- Abre la pestaña "Análisis", y haga clic en "Leer datos del archivo." Observe el "Abrir archivo" emergente de diálogo emergente. Seleccione el archivo guardado en el paso 5.4 y, a continuación, haga clic en el botón "Abrir".
NOTA: El software realiza automáticamente análisis transpiración basado en el método publicado 26, y los resultados aparecerá en la pantalla. Al mismo tiempo, los datos de la transpiración como el formato de valores separados por comas se guardarán en la misma carpeta.
- Abre la pestaña "Análisis", y haga clic en "Leer datos del archivo." Observe el "Abrir archivo" emergente de diálogo emergente. Seleccione el archivo guardado en el paso 5.4 y, a continuación, haga clic en el botón "Abrir".
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Representative Results
El uso de este nuevo dispositivo para el control de la transpiración (Figura 1) y el cálculo basado en la ley de Fick, los perfiles temporales de la transpiración se pueden obtener de una manera fácil, sin cables. La figura 2 muestra los datos representativos de monitoreo inalámbrico transpiración durante el ensayo de la actividad simpática. En el experimento, el dispositivo para el control de la transpiración, junto con los electrodos para la vigilancia de respuesta de la piel simpático (SSR), se une a la palma de la materia. Para el ensayo de la actividad simpática, se pidió al sujeto que sentarse y llevar a cabo las siguientes tareas: (1) tomar una inspiración profunda 5 veces con intervalos de 1 min, y (2) hacer un cálculo mental (por ejemplo, en forma continua restar 7 de 100, o el "flash Anzan" en el que el participante resume el número que se muestra una tras otra en una pantalla de ordenador) para evocar la actividad simpática. La transpiración y la SSR fueron sim ultaneously registrada durante las condiciones de estrés. Como resultado de la inspiración profunda y cálculo mental, el simpático transpiración palmar actividad inducida podría medirse utilizando el dispositivo desarrollado. La figura 3 muestra los datos representativos de medición multipunto durante las actividades diarias. Acerca de la grabación de 1 h de transpiración en la palma de la mano (sudoración emocional) y la parte anterior del tórax (sudoración térmica) mostró patrones distintos en función de las actividades.
Figura 1: El nuevo dispositivo para la vigilancia transpiración (A) El exterior del dispositivo que contiene gel de sílice seca.. (B, C) Una cinta de doble cara "en forma de rosquilla" utilizado en este estudio y su unión con el dispositivo. (D) La fijación del dispositivo a la piel.om / archivos / ftp_upload / 54837 / 54837fig1large.jpg "target =" _ blank "> Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2: Grabación Representante de transpiración bajo prueba de la actividad simpática (A) La fijación del dispositivo de control de la transpiración de la piel con la respuesta simpática (SSR) electrodos en la palma de la mano.. (B) Como resultado de la prueba de la actividad simpática, sudoración palmar, junto con la reacción se observó SSR en respuesta a las actividades simpáticas. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3:
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Discussion
El objetivo de este artículo es introducir el uso de una novela, dispositivo de control de la transpiración inalámbrica. Debido a los recientes avances de la ingeniería, se han propuesto métodos más precisos, fáciles de manejar para el seguimiento temporal de la transpiración; el 24,25 método de la cámara ventilada y el método de difusión de presión de vapor 23 son ejemplos representativos. Sin embargo, el método de la cámara ventilada requiere el uso de nitrógeno seco o una bomba con desecante para producir una atmósfera seca, y por lo tanto, el exterior tiende a ser grande. El método de difusión de presión de vapor puede ser adoptada en un pequeño exterior, aunque el sistema de cámara abierta puede ser influenciada en gran parte por la atmósfera exterior, y el sistema de cámara cerrada tiene un problema con cualquiera de saturación de vapor de agua (la cámara se llena con un vapor de agua saturado ) o considerable consumo de energía de un condensador de vapor de agua (por ejemplo, Peltier dispositivo).
Para hacer frente a la situación,han desarrollado recientemente un novedoso dispositivo inalámbrico para el control de la transpiración 26. En el dispositivo, el vapor de agua de la piel puede ser capturado por un desecante, lo que permite un flujo constante, pero natural. En el curso de la que viaja el vapor de agua, el sensor T / RH captura el flujo del vapor de agua como un cambio en la temperatura y humedad relativa. Mediante el cálculo de dichos cambios bajo la ley de Fick, se podría estimar los cambios temporales de la cantidad de la transpiración (mg / cm 2 / min) con <5% de error, en relación con el método de la cámara ventilada convencional 26. El dispositivo desarrollado se puede utilizar, por ejemplo, para controlar el estrés mental (Figura 2), sudoración térmica, y en definitiva, la desregulación relacionados transpiración-de una manera más fácil.
El dispositivo desarrollado es fácil de manejar, y por lo que hay algunos puntos a considerar. Sin embargo, la medición de la transpiración fallaría si el gel de sílice no está seca. Por lo tanto, antes del experimento,0; el examinador debe asegurarse de que el gel de sílice está completamente seco (es decir, el color es azul). Un estudio previo ha estimado la duración máxima de la medición es más larga que 4 hr sin cambiar el gel de sílice 26. Para volver a la naturaleza de gel de sílice, se seca en un horno de secado hasta que el color se vuelve azul. Un horno de microondas convencional también es útil. La medición de la transpiración también sería un error si la unión del dispositivo no es suficiente. Se recomienda el uso de una cinta de doble cara "en forma de rosquilla".
No obstante, el dispositivo desarrollado tiene una limitación. Debido a la delicada cálculo y el límite de la capacidad de absorción de desecante, el error de la cantidad de transpiración se debe considerar, especialmente en el nivel más alto de la transpiración. Aunque hemos confirmado la tasa de error como siendo <5% en relación con el método convencional 26, el valor absoluto del valor de la transpiración calculado debe manipularse con precaución.
Debido al diseño pequeño, simple, y inalámbrica del dispositivo, el control multipunto transpiración en condiciones de libre disposición puede ser posible. Como se muestra en la Figura 3, los diferentes perfiles temporales de la transpiración pueden ser detectados en las diferentes posiciones de la piel (es decir, de palma y anterior del tórax) en las condiciones de la vida diaria (por ejemplo, hablar, comer alimentos, conduciendo un coche, ir de compras, etc.) . El dispositivo, por lo tanto, podría ser utilizado para la detección simultánea de la sudoración anormal derivado tanto desde el mal funcionamiento del sistema de regulación mental y térmica. Por ejemplo, la desregulación del sistema nervioso periférico en la diabetes se podría detectar si la sudoración desequilibrada entre las plantas izquierdo y derecho estaban a detectar. Ahora estamos planeando un estudio observacional de perfiles de transpiración en pacientes hospitalizados como un experimento clínico.
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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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