Abstract
Monitoraggio Il sudore può essere utilizzato per l'individuazione di alcune malattie, come i disturbi di termoregolazione e mentali, in particolare quando i pazienti non sono a conoscenza di tali disturbi o stanno avendo difficoltà ad esprimere i loro sintomi. Fino ad ora, sono stati sviluppati diversi dispositivi per il monitoraggio traspirazione; Tuttavia, tali dispositivi tendono ad avere una relativamente grande esterno, un notevole consumo di energia e / o minore sensibilità.
Recentemente, abbiamo sviluppato un piccolo, dispositivo wireless per il monitoraggio traspirazione. Il dispositivo è costituito da una temperatura / umidità relativa del sensore (T / RH), logger piccola dati a batteria, e gel di silice come essiccante in un piccolo esterna cilindrica. Il sensore T / RH è posto tra le finestre di rilevazione (attraverso cui il vapore acqueo dalla pelle entra) e il gel di silice. Il principio alla base del dispositivo di monitoraggio traspirazione si basa sulla legge di Fick di diffusione, il che significa che il flusso di vapore acqueo fROM la pelle per il gel di silice (vale a dire la perdita d'acqua transepidermica e sudore) possono essere catturate dai cambiamenti di umidità verso il sensore T / RH. Inoltre, un metodo di sottrazione della linea di base è stato adottato per distinguere perdita di acqua transepidermica traspirazione e.
Come illustrato nella precedente relazione, il dispositivo sviluppato può monitorare la traspirazione in altri siti del corpo in modo semplice, senza fili. Tuttavia, i metodi dettagliate su come utilizzare il dispositivo non sono ancora stati resi noti. In questo articolo, quindi, vorremmo mostrare i tutorial punto per punto su come utilizzare il dispositivo per il monitoraggio traspirazione, mostrando il test di attività simpatico con il controllo della risposta della pelle simpatica come un esempio.
Introduction
Traspirazione umana, generalmente noto come "sudorazione," non è solo un meccanismo di termoregolazione 1, ma è anche legato a certi tipi di malattie. L'eziologia della traspirazione anormale è ampio, tra cui: colpo di calore, iper o ipotiroidismo 2, cervello infarto 3, diabete mellito 4, disautonomia 5, menopausa (noto come "hot flash") 6, la fibrosi cistica 7, morbo di Parkinson 8 e sociale disturbo d'ansia 9. Alla luce del numero di malattie sudore connessi, si è ritenuto vantaggioso per monitorare i tassi di traspirazione per la diagnosi precoce o previsione di tali malattie (ad esempio, la prevenzione del colpo di calore) in modo ubiquitario 10.
Ad oggi, sono state proposte solo un piccolo numero di dispositivi per il monitoraggio traspirazione. Nei primi giorni, conduttanza della pelle e l'umidità relativa sono stati utilizzati per i indirettandices della quantità di sudore 11,12. Recentemente, diversi tipi di flessibili, sensori indossabili per il monitoraggio traspirazione sono stati proposti 13-19, anche se sono destinati per l'analisi di elettroliti sudore non la dose o pattern temporale di sudore. Il calcolo di diffusione del vapore acqueo è stato utilizzato per un metodo più quantitativa di controllo di cambio di acqua dalla pelle 20-23. Tuttavia, ciò richiede (1) al presupposto che l'atmosfera esterna è ancora e costante 20, (2) una sensibilità sufficiente per rilevare il flusso naturale di vapore acqueo 21,22, o (3) un refrigerante (ad esempio un dispositivo Peltier che consuma notevole quantità di energia elettrica) per condensare il vapore acqueo per liquido 23; in tal modo, potrebbero essere difficile per il monitoraggio a lungo termine e tutti i giorni. In alternativa, un metodo camera ventilata stato sviluppato 20,24,25. Nel metodo camera ventilata, azoto secco o aria deumidificataè infiltrata in una piccola camera adiacente alla pelle da un serbatoio di azoto gas o una pompa, e il gas nel vapore acqua evaporata dalla pelle viene raccolto. La quantità di vapore acqueo dalla pelle può essere calcolato dalla differenza di umidità nei gas di scarico e aspirazione. Anche se questo metodo può stimare la quantità di sudore molto preciso, un serbatoio di gas azoto o una pompa meccanica è generalmente abbastanza grande per impedire monitoraggio giornaliero.
Per risolvere questi inconvenienti, abbiamo recentemente sviluppato un nuovo dispositivo per il monitoraggio traspirazione, in cui una camera chiusa con una forzata flusso di vapore acqueo essiccante-driven, abilitato monitoraggio sensibile e lungo termine 26. Questo dispositivo è costituito da un sensore esterno di plastica cilindrica, temperatura / umidità relativa (T / RH) con registrazione microprocessore, ed il gel di silice (Figura 1). In linea di principio, l'atmosfera esterna non deve interferire con il flusso di vapore acqueo, e un refrigerante o ventilatincamera di g non è necessaria. Profili sudorazione possono essere ottenuti da equazioni risolvere usando un software di foglio di calcolo 26. Un precedente studio ha mostrato solo il principio del dispositivo sviluppato ed è omesso il metodo dettagliato per come utilizzare il dispositivo a causa delle limitazioni di spazio.
L'obiettivo di questo articolo, quindi, è quello di mostrare un metodo dettagliato di come utilizzare il dispositivo sviluppato per il monitoraggio traspirazione, mostrando la registrazione del palmo traspirazione indotta da stress durante la prova dell'attività simpatica come esempio.
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Protocol
NOTA: Il dispositivo, compreso il metodo di analisi, è coperto da giapponese non esaminata domanda di brevetto Pubblicazione n 2011-169.881 e il brevetto giapponese n ° 5708911. Questo studio, compreso il protocollo della sperimentazione con soggetti umani, è stato approvato dal Medical Comitato Etico di Kanazawa University (# 553-1).
1. Requisiti per il dispositivo di sudore di monitoraggio
NOTA: Effettuare questa procedura solo una volta prima del primo utilizzo.
- Installare i bus seriale (USB) driver di interfaccia di conversione porta -Serial universali nel computer 27. Se i driver sono già installati, saltare questo passaggio.
- Collegare l'interfaccia di conversione USB-seriale al computer tramite cavo USB. Attendere che l'installazione del driver automaticamente se presente.
- Impostare i parametri dell'interfaccia di conversione e verificare il numero ID della porta seriale come segue.
- Aprire Gestione periferiche, e selezionare [Visualizza]→ [Periferiche per tipo].
- Individuare le "Porte (COM & LPT)" voce, ed espandere la sezione per trovare l'intestazione contenente "CP210x USB a UART Bridge" nella lista.
- Memorizzare il numero ID della porta (ad esempio, "COM5") nel "CP210x USB a UART Bridge" voce.
- Fare doppio clic sul "CP210x USB a UART Ponte," e aprire la scheda "Impostazioni della porta".
- Impostare i parametri come segue:. "Bit al secondo" = 9600, "bit di dati" = 8, "Parità" = "none", "Bit di stop" = 1, e il "flusso di controllo" = "Nessuno"
- Fare clic sul pulsante "OK" per chiudere la finestra e chiudere Gestione periferiche.
2. Installazione del dispositivo di sudore di monitoraggio
NOTA: Impostare le impostazioni di registrazione come segue prima di utilizzare il dispositivo. Ripetere questi passaggi per ogni dispositivo se più dispositivi devono essere utilizzati.
- Assicurarsi che la batteria non è inserita nel dispositivo di controllo della traspirazione.
- Inserire il connettore bianco dell'interfaccia di conversione della porta seriale USB alla presa nella parte superiore del dispositivo di monitoraggio traspirazione.
- Eseguire il software di registrazione traspirazione, seguita impostando i parametri del dispositivo come segue.
- Aprire la scheda "Impostazioni".
- Impostare il numero di "COM" al numero ID della porta seriale (vedi punto 1.3.3).
- Fare clic sul pulsante "Conferma del collegamento". Controllare se viene visualizzato il messaggio "Connected ...".
- Alle impostazioni "dati di cartelle di file", scegliere l'unità e selezionare la cartella in cui verranno salvati i dati sudore. Per selezionare la sottocartella, fare doppio clic sulla cartella da aprire.
- Impostare il "Numero di fori" a "4"
- Aprire la scheda "Misura & Rec", e impostare il "Intervallo di tempo" per il tempo di campionamento desiderata.
- Inserire una battery al dispositivo di monitoraggio traspirazione.
- Riempire il dispositivo con gel di silice secca (colore deve essere blu o verde se l'indicatore colore è disponibile), e chiudere il coperchio. Se il coperchio non si chiude completamente, ridurre la quantità di gel di silice.
- Fare clic sul pulsante "Start Logging Now" nel software di registrazione traspirazione.
NOTA: Poiché la registrazione traspirazione inizia subito dopo la disconnessione, il dispositivo di monitoraggio traspirazione può essere lasciato collegato finché il monitoraggio deve essere avviato.
3. installazione per la misurazione della risposta della pelle simpatico (SSR)
NOTA: Questi passaggi hanno lo scopo di monitorare le attività simpatico come il palmo SSR, e non sono necessariamente richiesti per il controllo della traspirazione in sé. SSR è una variazione del potenziale della pelle secondo la stimolazione eccitazione simpatica come sconvolto e concentrazione 28,29.
- Pulire la pelle in cui è da registrare la SSRcon un tampone imbevuto di alcool.
- Mettere l'anodo, catodo ed elettrodo di terra sul palmo, dorso della mano e del polso, rispettivamente mediante una pasta elettrodo. Fissare gli elettrodi con nastro medico.
- Impostare le condizioni dell'amplificatore strumentazione ruotando le corrispondenti manopole dell'amplificatore come segue: Sensibilità = 1 mV / V, filtro Taglio alto ( "HI CUT") = 3 kHz, e il filtro passa basso ( "LO CUT") = 0,5 Hz.
- Eseguire il software di registrazione SSR, e avviare la registrazione ad una frequenza di campionamento di 200 Hz facendo clic sul pulsante "Start Misura" nel software.
4. Registrazione del sudore
- Mettere un nastro biadesivo medica sul fondo del dispositivo di monitoraggio traspirazione. Quando mettere un nastro, assicurarsi che le finestre di misura (vale a dire quattro fori nella parte inferiore del dispositivo) non siano ostruite.
- Scollegare il dispositivo di monitoraggio traspirazione dalla porta USB-seriale conveInterfaccia rsion. Subito dopo la disconnessione, osservare il monitoraggio traspirazione avvia automaticamente. Assicurarsi che la lampada a LED lampeggia.
- Rimuovere la carta protettiva del nastro biadesivo medico, e mettere il dispositivo di monitoraggio traspirazione sulla pelle dove la sudorazione è da monitorare.
- Attendere 10 minuti per la stabilizzazione della diffusione del vapore acqueo.
NOTA: Anche se questo processo non può essere monitorato, lo studio precedente ha confermato che in attesa 10 minuti è sufficiente per il controllo stabile 26. - Inizia l'esame (ad esempio, test di attività simpatica).
- Dopo l'esame, rimuovere il dispositivo di monitoraggio traspirazione della pelle. Per interrompere la registrazione SSR, fare clic sul pulsante "Stop di misura" nel software di registrazione SSR, e rimuovere tutti gli elettrodi dalla pelle.
Analisi 5. La sudorazione
- Collegare il dispositivo di monitoraggio traspirazione alla interfa di conversione USB-serialece (come al punto 2.2).
- Eseguire il software di monitoraggio traspirazione.
- Aprire la scheda "Impostazioni" e fare clic sul pulsante "Conferma del collegamento".
- Aprire la scheda "Misura & Rec" e fare clic sul pulsante "Download" per salvare i dati grezzi del dispositivo nella cartella specificata (vedere il punto 2.3.4).
- Eseguire l'analisi del sudore come segue.
- Aprire la scheda "Analisi", e fare clic su "Leggi dati del file." Osservare il "Apri file" nella finestra di pop-up. Selezionare il file salvato nel passaggio 5.4, quindi fare clic sul pulsante "Apri".
NOTA: Il software esegue automaticamente l'analisi traspirazione basato sul metodo pubblicato 26, ed i risultati apparirà sullo schermo. Allo stesso tempo, i dati di sudore come il formato di valori separati da virgole verranno salvati nella stessa cartella.
- Aprire la scheda "Analisi", e fare clic su "Leggi dati del file." Osservare il "Apri file" nella finestra di pop-up. Selezionare il file salvato nel passaggio 5.4, quindi fare clic sul pulsante "Apri".
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Representative Results
Utilizzando questo nuovo dispositivo per il monitoraggio sudore (Figura 1) e calcolo basato sulla legge di Fick, i profili traspirazione temporali possono essere ottenuti in modo semplice, senza fili. La Figura 2 mostra i dati rappresentativi di monitoraggio traspirazione wireless durante il test di attività simpatica. Nell'esperimento, il dispositivo per il monitoraggio traspirazione, insieme con gli elettrodi per il monitoraggio risposta cutanea simpatico (SSR), è stato attaccato al palmo del soggetto. Per la prova dell'attività simpatica, il soggetto è stato chiesto di sedersi e effettuare le seguenti operazioni: (1) prendere una profonda ispirazione per 5 volte con intervalli di 1 minuto, e (2) fare un calcolo mentale (ad esempio, in continuo sottrarre 7 da 100, o il "Flash Anzan" in cui il partecipante riassume il numero visualizzato uno dopo l'altro su uno schermo di computer) per evocare attività simpatica. La traspirazione ed il SSR erano sim ultaneously registrato durante le condizioni di stress. Come risultato di profonda ispirazione e calcolo mentale, il simpatico attività indotta traspirazione palmare può essere misurata utilizzando il dispositivo sviluppato. La Figura 3 mostra i dati rappresentativi di misura multipunto durante le attività quotidiane. Circa 1 ora di registrazione di sudore sul palmo (sudorazione emozionale) e il cofano anteriore (sudorazione termico) ha mostrato modelli distinti in base alle attività.
Figura 1: Il nuovo dispositivo per la traspirazione Monitoring (A) L'esterno del dispositivo contenente gel di silice asciutta.. (B, C) Un nastro biadesivo "a forma di ciambella" utilizzato in questo studio e il suo attaccamento al dispositivo. (D) Fissaggio del dispositivo alla pelle.om / files / ftp_upload / 54837 / 54837fig1large.jpg "target =" _ blank "> Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 2: La registrazione Rappresentante di sudore sotto la prova attività simpatica (A) Allegato del dispositivo di monitoraggio sudore con la risposta della pelle simpatico (SSR) elettrodi sul palmo della mano.. (B) Come risultato della prova di attività simpatica, la sudorazione palmare con la reazione SSR è stata osservata in risposta alle attività simpatico. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 3:
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Discussion
Lo scopo di questo articolo è quello di introdurre l'uso di un romanzo, dispositivo di monitoraggio traspirazione wireless. A causa della recente progresso della tecnica, sono state proposte più accurate, metodi semplici da gestire per il monitoraggio traspirazione temporale; il metodo della camera ventilata 24,25 e il metodo di diffusione tensione di vapore 23 sono esempi rappresentativi. Tuttavia, il metodo della camera ventilata richiede l'uso di azoto secco o una pompa con essiccante per produrre una atmosfera secca, e quindi, l'esterno tende ad essere grande. Il metodo di diffusione tensione di vapore può essere adottata in un piccolo esterno, anche se il sistema a camera aperta può essere largamente influenzata dall'atmosfera esterna ed il sistema di camera chiusa ha un problema o con saturazione del vapore acqueo (la camera viene riempita con un vapore acqueo saturo ) o notevole consumo di energia di un condensatore di vapore acqueo (es Peltier dispositivo).
Per affrontare la situazione, abbiamohanno recentemente messo a punto un dispositivo wireless per il monitoraggio romanzo traspirazione 26. Nel dispositivo, il vapore acqueo dalla pelle può essere catturato da un essiccante, consentendo un flusso costante, ma naturale. Nel corso del viaggio vapore acqueo, il sensore T / RH cattura il flusso del vapore acqueo come una variazione della temperatura e dell'umidità relativa. Calcolando tali cambiamenti sotto la legge di Fick, potremmo stimare le variazioni temporali quantità sudore (mg / cm 2 / min) con <5% di errore, rispetto al metodo convenzionale camera ventilata 26. Il dispositivo sviluppato può essere utilizzato, per esempio, per monitorare stress mentale (figura 2), sudorazione termica, e infine l'disregolazione traspirazione legati in maniera facile.
Il dispositivo messo a punto è facile da gestire, e quindi ci sono alcuni punti da considerare. Tuttavia, la misura traspirazione fallirebbe se il gel di silice non è asciutto. Pertanto, prima dell'esperimento,0; l'esaminatore dovrebbe assicurarsi che il gel di silice è completamente asciutta (cioè il colore è blu). Un precedente studio ha stimato la durata massima di misura essendo più lunga 4 ore senza cambiare il gel di silice 26. Per ri-natura gel di silice, asciugare in un forno di essiccazione fino a quando il colore diventa blu. Un forno a microonde convenzionale è anche utile. La misura traspirazione potrebbe anche non riuscire se il fissaggio del dispositivo non è sufficiente. Si consiglia l'utilizzo di un nastro biadesivo "a forma di ciambella".
Tuttavia, il dispositivo sviluppato ha una limitazione. A causa del calcolo delicata e il limite di essiccante assorbimento, deve essere considerata l'errore della quantità di sudore, soprattutto a livello superiore di traspirazione. Anche se abbiamo confermato il tasso di errore come <5% rispetto al metodo convenzionale 26, il valore assoluto del valore calcolato traspirazione deve essere maneggiato con cautela.
A causa della piccola, semplice e wireless progetto del dispositivo, il monitoraggio multipunto traspirazione in condizioni di libertà può essere possibile. Come mostrato in figura 3, i diversi profili temporali di traspirazione possono essere rilevati sulle diverse posizioni della pelle (cioè di palma e cofano anteriore) in condizioni di vita quotidiana (ad esempio, parlare, mangiare cibi, guidare una macchina, negozi, ecc.) . Il dispositivo, quindi, potrebbe essere utilizzato per la rilevazione simultanea di sudorazione anomala deriva sia dal malfunzionamento del sistema normativo mentale e termica. Ad esempio, la disregolazione del sistema nervoso periferico nel diabete può essere rilevato se la sudorazione eterogeneo dei suole sinistra e destra dovevano essere rilevato. Stiamo programmando uno studio osservazionale di profili di sudore nei pazienti ospedalizzati come un esperimento clinico.
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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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